》分册借给岛津久光，并乘机在书中夹带纸条以让岛津久光明白自己对形势的见解。功夫不负苦心人，岛津久光终于逐渐疏远保守派，开始重用大久保利通，“精忠组”也获得了合法地位。
尽管萨摩藩和幕府都在策划让幕府和朝廷合作以对付外来危机的“公武合体”运动，1862年同大久保利通一起率藩兵一千人进京，向朝廷施加压力。这样的军事行动在德川幕府时代尚属首次。
就在大久保利通积极推进公武合体运动之时，早年的“精忠组”同志有马新七等人因早已投入更加激进的尊王攘夷运动，正在策划乘岛津久光进京之际袭击佐幕派公卿。大久保利通为达到自己的目的，在派人劝说无效后，断然派兵杀死有马新七等人，是为“寺田屋事件”。此事件造成公武合体派和尊王攘夷派的完全分裂，并加速了公武合体运动的进程。朝廷颁布敕命。基本满足了岛津久光的要求并宣布要改革幕政。1864年初，作为公武合体运动结晶的雄藩会议筹备就绪，设置了德川庆喜、岛津久光等六人组成的“参与会议”，在天皇主持下讨论国策。然而，因各雄藩各怀私心，政见不同，德川庆喜则梦想幕府重新独揽大权，不到三个月，“参与会议”便因六参议的相继辞职而烟消云散。公武合体运动遭受重大挫折。
而尊王攘夷运动在一度沉寂之后。重新高涨起来。1865年初，另一雄藩长州的藩政权回到尊王攘夷派木户孝允、高杉晋作等人手中，长州开始实行倒幕割据政策。幕府策划第二次征讨长州。本来萨摩曾在禁门之变、第一次征讨长州的战争中多次与长州兵戎相见，这时却因长州通过萨摩购买英国武器而逐渐与之接近。大久保利通早年即有“一国割据”思想，此时看到它以另一种形式在长州实现。便逐渐转变为倒幕派。1866年2月，萨长两藩在坂本龙马、中冈慎太郎的斡旋下，结成了倒幕同盟，萨摩藩与德川庆喜的友好关系从此中断。为确保倒幕成功，大久保利通与朝廷公卿岩仓具视合作，利用天皇权威，于1868年1月3日成功发动宫廷政变。朝廷发布的“王政复古大号令”。废除了朝廷的摄政、关白制度与幕府的征夷大将军。随后朝廷的军队击败进至京都郊外的幕府军队，在此后的戊辰战争中消灭了幕府。大久保利通则担任参谋后又任总裁局顾问处理内务，协助西乡指挥作战，从而建立并巩固了明治新政权。
以天皇为首的朝廷在倒幕过程中的微妙作用。给大久保利通以很深的印象。他断定，为了领导日该国，天皇必须首先“一新”朝廷之旧弊，为此就必须使天皇与象征旧弊的京都割断联系。创造适应新时代的天皇性格。明治政府成立后的迁都、改元等都反映了他这种思想。
明治政府在彻底消灭幕府势力后，大久保利通先担任新政府的参议。又于1871年6月任大藏卿。1871年4月，岩仓具视使团出访欧美，大久保利通亦随行。在巡访中，普鲁士的“铁血宰相”俾斯麦给大久保利通以最深印象，他认为日本想富强只有象俾斯麦一般行事。