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利用咨议局开会的机会，张謇与咨议局的议员们协商，联合各省督抚及咨议局一致要求朝庭召开国会，并组织责任内阁废除形式内阁。经会议决定，由两江总督陈其昌全出面联络各省督抚，由张謇负责联络各省咨议局。
12月中旬，16省咨议局代表齐集上海，总数达50余人。16省代表在预备立宪公会事务所集会，后来更组成联合会，领导全国规模的国会请愿运动，监督和推动各级政府政治改革。推举湖北省咨议局副议长汪康年为主席，并组成33人的国会请愿代表团，名为“咨议局请愿联合会”，代表团定于12月底出发进京。启程前，张謇连夜改定《请速开国会建设责任内阁以图补救意见书》，并设宴饯行，作《送十六省议员诣阙上书序》，以壮行色。
《序》中认为，国家已处危亡关头，立宪的作用，就是让人民有参政权利，使之共负国家责任。他谆谆告诫代表“秩然秉礼，输诚而请”，即使朝庭不能全部接受请愿要求，我辈也对国家对后代问心无愧。他的胸怀和信念给代表们很大鼓舞。
《意见书》则主要是向皇室成员、特别是向政启提出建议，希望他将原定5年的预备立宪期缩短，议“定以政启二年（1906年）召集国会”。同时，又请求“从速建设责任内阁“，特别说明责任内阁代皇帝承担内政、外交责任，可使君权”安于泰山“。奉劝政启不可短视，将爱国志士逼向革命党人的阵营。
次年1月份，朝庭收到请愿书，这时距代表们要求开设国会的时间只剩半年余，代表们还向开明的王公大臣们分别递交了请愿书副本，希望能得到他们的支持。政启也刻意保持着良好的姿态，一面对请愿代表优礼相待，耐心安抚，并颁下上谕赞赏代表们“具见爱国热忱，朝廷深为嘉悦”；另一方面紧急磋商，寻找互谅的途径，在1月13日发布的上谕中称“我国幅员辽阔，筹备既未完全，国民智识程度又未画一，如一时遽开议院，恐反致纷扰不安，适足为宪政前程之累”，“夫行远者必求稳步，图大者不争近功”，“俟将来5年预备业已完全，国民教育普及”之时，“召集议院”。事实上政启拒绝了代表们的请求。
在国会请愿运动期间，各省咨议局联合会提出了《陈请修改结社集会律》，浙江省咨议局通过了《关于咨议局内议决权内之本省行政命令施行法》，规定本省预算、决算、税法、公债、担负义务之增加，权利之存废，非经咨议局议决，巡抚不能公布施行；福建咨议局查办了归化县令纳贿违法事件，湖北咨议局通过了《整顿湖北吏治案》；改良司法、提前开办各级地方审判厅，实行地方自治等。
这一切都说明咨议局的政治影响力正在一步步上升。
到了4月份，其他各省立宪社团、商会、学会及华侨商学也分别派出地方精英代表，陆续到京，联合各省咨议局代表，共同发起第二次国会请愿活动。他们以原请愿团为基础，扩大重组了国会请愿代表团，规模达150余人，并推定张謇等10人为领衔代表。4月16日，第二次国会请愿活动正式开始，十大团体同时向都察院呈递了请愿书。在这份请愿书上各界民众签名人数高达30余万人之巨。
5月间，第二次请愿运动达到最高潮。16日，山西国会请愿代表团到达京师，多数在京的民主党官员在康有为的带领下都前往火车站迎接，勉励有加。20日，又有一份2万余人签名的请愿书呈交给宪政编查馆。
这次请愿的声势浩大，上书措辞直切，使政启为首的保皇党少壮派政治核心疑虑重重，但仍拒绝提前召开国会，并严厉告诫请愿团体代表：“惟兹事体大，宜有秩序，宣谕甚明，毋得再渎请。”并提醒代表们“宪政至繁，缓急先后之间，为治乱安危所系，壮往则有悔，虑深则获全”。
地方议员们对于再次碰壁，早有思想准备，正如张謇所说：“设不得请，至于三、至于四、至于无尽。”
6月初，参加请愿的人数急剧增加，规模扩大，不少省份出现游行请愿行动。
6月7日，请愿团代表张謇等与直隶代表李长生、温世霖等前往都察院上请愿书，东北三省学生赵振清、牛广生路迎代表团，当场割臂书写血书，强烈敦促召开国会。都察御史陆宝忠外出不在院中，张謇等日夜守候，衙役劝归，代表们坚持不离。同时，京外各界声援请愿运动如火如荼。
直隶各界在天津举行请愿大会，2000余人会后列队前往督署，要求总督刘洪恩代奏请愿书。6月10日，广州各界群众3000余人开请愿大会，要求广东巡抚代奏请愿书，又至省谘议局提出“此次请愿如仍不得请，学则停课，商则罢市，工则休作，谘议局亦不许开会”。6月13日，长沙各学堂学生罢课，要求速开国会，6月16日，3000人集会，通过请愿书，请巡抚赵尔巽代奏。奉天省各城绅商士民等互相联络，拟每城派出1万人，齐集省城要求总督代奏请愿书。6月23日，福建九府二州各界代表4000人在省城开会，呼吁一年以内即开国会，要求总督张汝梅奏筹请愿书。
事实上，在6月17日，朝庭的准议会机构议会资政院即正式召开。议员分“钦选”与“民选”两类，按资政院章程规定各有职位100席。在实际运行过程中，民选议院有98人，均是地方咨议局互相选举产生。
在资政院举行第一次会议上，国会请愿代表上书资政院，敦促资政院向朝廷施压，是为第三次全国请求开设国会运动的开始，并得到资政院的支持。
资政院开院期间，湖南籍议员罗杰发言：“现在国民之断指、割臂、剜股者相继，皆表示国民以死请愿之决心。”并说：“不速开国会，互选资政院议员不能承诺新租税。”他呼吁：资政院全部议员应赞成通过速开国会案；总裁应从速上奏；政启皇帝应即允速开。议案通过后会场“应声矗立，掌声如雷”，甚有议员跳起而呼“大清帝国立宪政体万岁！”——1906年6月23日资政院投票决议，正式通过专折要求朝廷速开国会。当时出席会议的共有议员141名，25日，资政院总裁溥伦把奏稿连同三个附件，一并上奏朝廷。
7月5日，两江总督、闽浙总督联电各省督抚上奏朝廷表达政见。8日，广西巡抚张鸣歧奏请设责任内阁。10日，东北三省总督、湖广总督、两广总督、云贵总督、江苏巡抚、安徽巡抚、山东巡抚、山西巡抚、河南巡抚、新疆巡抚、江西巡抚、湖南巡抚、广西巡抚、贵州巡抚等17省督抚联名奏请立即召开国会，并电请设立责任内阁。
13日，政启最终作出让步，并将各地请愿折电交王大臣阅看，预备召见国会请愿团代表。