光复会和同盟会原本就有分歧，光复会的政治纲领即入会暂词是“光复汉族，还我山河，以身许国，功成身退”，陶成章就说过：“革命就是造反……改朝换代。”章太炎在《代议然否论》中认为“帝王一人秉政，优于立宪，没有什么不好”。此外，在革命运作的方式上，光复会主张“在宣传革命之外，主要在于革命之力行及实施”，在“用暴力取得政权后，才能实施民主政治”；认为“同盟会虽也重视武装革命，但其领导居国外为多，宣传因之多于力行”，对此不表赞同。

1905年，一些光复会成员并入同盟会后，部分会员仍然独立行动或以光复会名义活动，比如徐锡麟就反对加入同盟会。1908年，陶成章、章太炎因《民报》经费问题与孙中山发生纠纷。《民报》被封后不久汪兆铭接办，竟拒用章太炎的文章，一怒之下，章太炎写了《伪〈民报〉检举状》攻击孙中山：“孙文背本忘初，见危不振，”“孙文怀挟巨资，而用之公务者计不及一。”由此引发了“倒孙风潮”。孙中山对此辩驳说：“陶之志犹在巨款不得，乃行反噬；而章之欲则不过数千不得，乃以罪人。陶乃以同盟会为中国，而章则以民报社为中国，以《民报》之编辑为彼一人万世一系之帝统，故供应不周，而为莫大之罪。”孙中山甚至认为章太炎和陶成章是“保皇党”、清廷“侦探”。两派矛盾不断升级，李燮和对孙中山也多有不满，认为孙中山以“诈术待人”。1909年9月，他联络在南洋各埠的江、浙、湘、楚、闽、广、蜀七省的南洋会员，“罗列孙文罪状十二条，善后办法七条”，要求撤换同盟会总理。两派分歧已演变为派系斗争。“时东京同盟会颇萧散”，章太炎“闲处与诸子讲学”，陶成章对他说：“逸仙难与图事，吾辈主张光复，本在江上，事亦在同盟会先，曷分设光复会？”章太炎觉得言之有理。1910年2月，光复会于东京恢复重组，以章太炎为会长，陶成章为副会长，李燮和、沈钧益、魏兰为执行总部成员。由于章太炎这时逐渐淡出政治，潜心搞学问，陶成章是光复会实际上的领导人，光复会正式与同盟会分裂。

这两支革命组织的激烈矛盾，更加深了组织中个人的恩怨。

陶成章虽然在革命手段上比较极端，但是为人俭朴，从不贪图享乐，为革命奔波曾三过家门而不入。他对留日学生中赌博、嫖妓等深恶痛绝。同盟会主要领导人之一的陈其美便有此类癖好，陈其美在日本时，陶成章曾当着孙中山的面劝陈其美戒嫖戒赌。陈其美认为陶成章有意侮辱他，恨之甚深。

陈其美回到上海后，是同盟会在上海的主干，他曾几次三番劝光复会成员尹锐志离开上海到南洋去发展革命同志，尹锐志当然不会听他的。1911年6月26日，陶成章与光复会员在上海开会，陈其美得知消息之后，甚至想趁机干掉陶成章。陶成章被迫离开上海再赴南洋。1911年9月上海独立之后，陈其美任上海军政府都督。光复会与同盟会的合作随即结束。因上海与吴淞毗邻，李燮和坐镇吴淞，任吴淞军政分府都督、光复军总司令，但因李燮和是湖南人，在上海地区没有很深的根基。陶成章不一样，在江浙地区光复会势力很大，陶成章又是光复会后期领导人，浙江独立后又任浙江都督府参谋。江、浙、沪虽都建立都督府，虽然陶成章为避免分裂，要求部下“日后一切事宜商之各军政分府”，但三地光复会员仍听命于陶成章。除了陈其美的上海军政府，上海光复会总部实际上是当时上海的另一个权力机构，陈其美“所以必欲置陶于死地而后快，乃因此时光复会系统军事力量过盛”。1912年1月，在法租界的广慈医院，陶成章遇剌。陶案最终不了了之。陶成章一死，光复会会员备受排斥，这支革命力量逐渐被清除出近代中国政治舞台。

直接策划刺杀陶成章的蒋介石后来这样为自己开脱：“陶成章踵回国，故意破坏同盟会，拥戴章炳麟，抹杀孙黄历史，并谋刺陈其美……孰权公私利害，决先除陶，以定革命全局，事后自承其罪……”

光复会虽然与同盟会小节不同，但大节无亏，日本历史学家中村哲夫认为：光复会在上海响应鄂省独立，连带推动江苏、浙江的独立，“直接影响和决定了清朝日后的倾覆”。