עם פרוץ ההתקוממות הרוסית הסוציאליסטית ב-1905, חזרה לוקסמבורג לפולין, על מנת לסייע למהפכנים. היא נעצרה בוורשה אך שיחדה את הסוהרים ונמלטה לגרמניה.
השתתפותה בהתקוממות והמאסר שבא בעקבותיה הותירו בה חותמם, ולוקסמבורג החלה לתמוך בפעולה פרולטרית המונית. קריאותיה לשביתה לאומית, הביאו, עם חזרתה לגרמניה, לקרע בינה לבין מנהיגי מפלגתה - קאוטסקי ובבל.