民國成立後，陳家鼎為臨時參議會參議員，並於1902年春隨孫中山去武漢與黎元洪會談。在國會，他聯合參、眾兩院議員中的忠貞之士，組癸醜同誌會，堅決反對袁世凱。宋教仁在滬被刺，陳在議院對袁世凱政府嚴厲質詢並親自主持聲勢浩大的追悼會。首屆國會開幕，陳家鼎拒袁世凱50萬元賄賂，並說“我頭可斷，義不帝秦”。當袁派兵圍住國會脅迫議員投袁票時，陳三次投票都在票上大書“孫文”二字。陳家鼎成為在國會中團結忠貞的同盟會議員合力抗袁的中堅。他曾寄詩孫中山明誌“有長安雖朔不稱臣”。
二次革命失敗，陳遭袁通緝亡命日本，在極艱苦的生活環境下，不斷與孫中山商討討袁策略，並對將來革命成功後的民主憲政向孫中山提出許多好的建議和意見。對壹些針對孫中山的非議陳毫不動搖，忠心擁戴孫中山矢誌不渝，曾有詩“吾子獨為先覺風，眾生原是可憐蟲。卻除江東討孫虜，目無余子是群雄。”
1916年袁世凱死，陳家鼎重返北京國會，任憲法起草委員。段祺瑞解散國會，孫中山在廣州組成護法軍政府，陳即去廣州，1918年元月孫中山任命陳家鼎為大元帥府參議。當護法軍政府遭滇桂系軍閥脅迫時，陳四處奔走協調，當壹些議員動搖離粵時，陳始終與孫中山在壹起。孫中山下野，陳家鼎聯合革命派議員通電擁孫並寫信請孫回廣州主持軍政府工作，並於1920年11月在廣州發出《關於西南大計的通電》，通電萬余言中宣傳孫中山對國內政治、經濟、軍事、文化、外交諸方面的主張及治國思想。1924年陳炯明發動武裝叛亂，孫中山安全危急。陳家鼎冒生命危險聯系叛軍中同鄉洪兆麟，勸洪申明大義，洪覺悟令士兵緩進，為孫中山脫險爭取了時間，孫中山非常感激。後來陳母在滬病逝、孫中山領銜發治喪訃告，贈款治喪，還親自去吊唁（挽陳家鼎母鄧太夫人：生於九月，歿於九月；男善漢書，女善漢書）。
平定陳炯明叛亂後，奉孫中山命返北京，聯絡原國會同仁，準備響應北伐。孫中山逝後，（孫總理的遺訓主筆是汪精衛，陳家鼎為校刊人之壹）他退出政壇，隱居西山，息養肺疾，整理著述。1928年1月因煤氣中毒猝逝於北京（在當時江西國會議員程宗榮家做客）。