民國政府建立後，同盟會總部從東京移到南京，活動也從秘密改為公開。此時，同盟會的“一哥”地位牢牢確立，共進會、文學社等之前意氣風發的革命組織一起並入湖北同盟會，重新建立支部。李四光一年前的結義兄弟石瑛被選為支部長，李四光被選為書記(相當於秘書)。這是李四光政治生涯中第一個響亮的頭銜。
被後人譽為“民國第一清官”的石瑛，是孫中山先生的忠實信徒和親密戰友，早在1905年就與吳稚暉等接受孫中山指示，在英國組織同盟會歐洲支部，是該支部的創建人和負責人，為推翻帝製、建立民國立下了汗馬功勞。1910年，石瑛與李四光義結金蘭。
而讓李四光真正忙碌起來，還在實業方麵。孫中山特別重視民族實業的振興，稱它是“中國存亡的關鍵”，特通電各省軍政府立即設立實業司，專門從事實業管理。南京臨時政府成立後不久，李四光即被孫中山委任為特派漢口建築籌備員。為促進實業發展，臨時政府還成立了不少促進實業發展的協會，在中央和各省成立實業部和實業司。
李四光於1912年初參與發起組織了中華民國實業協會。1月30日，該協會在南京召開成立大會，選李四光、萬葆元為正副會長，馬君武為名譽會長。該協會的宗旨為：“振興實業，擴充國民生計，挽回利權。”中華民國實業協會的宣言書稱：“中山先生三民主義，以今日觀之，民族漸趨統一矣，民權自茲日伸矣，民生問題獨未解決……同仁安得不各竭所知，聊盡綿薄歟。”表示了他們努力推進實業建設的意願。
1912年2月7日，湖北軍政府最高軍政長官都督黎元洪召開省府政要會議，設立實業部，用投票方式公開推選實業部長(類似於今天的省發改委主任)。由於李四光擔任建築籌備員期間工作出色，又是湖北人，公選投票中獲得絕大多數選票，順利榮任實業部長。此時的李四光，年僅23歲。