1909年8月入雲南講武堂丙班特別班，在校期間與志同道合有共同革命理想的朱德和范石生是好朋友，加入同盟會，和范石生還有金蘭之交，畢業後被分到新軍19鎮37協74標，成為蔡鍔新軍軍官，參加蔡鍔領導的昆明重九起義，支援四川共和軍的北伐作戰。當時，四川起義力量遭到清廷總督趙爾豐、欽差大臣付華景、川漢鐵路大臣端方聯合圍剿鎮壓，處於危險時刻，應革命派和各省共同要求，1911年11月15日雲南軍政府決定援川北伐軍兩個梯團（旅），韓建鐸為總司令，李鴻祥和謝汝翼分別為梯團長，分兩路入川，王國棟參加第1梯團出征，朱德和范石生在第2梯團。北伐隊伍一路勢如破竹，兩個梯團分別占領了敘府、自流井、合川等地。端方在資州被兵變士兵砍下頭，趙爾豐見局勢無法控制，向資議局交了權。革命黨人在成都成立了中華民國四川軍政府，尹冒衡任都督。
1912年1月1日，孫中山在南京宣誓就職臨時大總統。2月12日清皇帝宣布退位。2月15日，袁世凱竊取了臨時大總統位置後，立即下令停止北伐。蔡鍔恐引起滇川戰端，電令北伐軍回滇。1912年3月王國棟懷著迷茫的心情隨北伐軍踏上返回雲南路程。1912年初夏，王國棟等人在昆明慶功會上獲得獎勵。
1913年10月蔡鍔離滇赴京任職。離昆明之前，將雲南陸軍第一師部署到南部滇越鐵路沿線，王國棟和朱德隨同前往，駐防在蒙自、箇舊、臨安一帶，任務是剿匪，鞏固邊疆。到1915年底，經過兩年的剿滅，使匪患絕跡，人民安居樂業，邊防鞏固。王國棟因屢建功勳，被提升為滇南鎮守副使，雲南陸軍中校。朱德也因多次立功提升為第10團中校團長。
1915年12月12日，袁世凱公然宣布復辟帝制，全國掀起了護國討袁的愛國運動。1916年元旦，昆明舉行了護國軍誓師大會，發布了討袁檄文，歷數叛國稱帝的19大罪狀。護國軍第1軍總司令為蔡鍔，下轄3個梯團，相繼向川南進發，王國棟為護國軍副參謀長，朱德所部為3梯團6支隊，蔡鍔親自兼任滇黔聯軍總司令，謀劃湘黔戰事，范石生擔任黔軍東路支隊參謀長。
當時，在川袁軍裝備和數量超過護國軍四五倍，達2萬多人。但護國軍英勇作戰，在敘府，滬納戰役擊敗敵人取得勝利，護國東路黔軍也取得了湘西勝利。隨著反對帝制呼聲在全國不斷高漲，袁世凱在1916年3月22日宣布取消帝制，6月6日在全國一片唾罵聲中死去，護國戰爭和護法運動取得全面勝利。
王國棟隨護國軍入川作戰期間，家中妻子田氏體弱多病，領著4子1女艱辛度日。此時，四川護國戰爭正處於成敗的關鍵時期，王國棟雖對家事十分牽掛和焦急，但不能回家照顧和分憂，而選擇了日夜堅守指揮作戰，繼後轉戰貴州任滇黔聯軍駐軍參謀長。1916年7月得知妻田氏病逝後返家，由於悲傷和抑鬱於1917年11月病逝。
