凤阳督师马士英拥立福王在南京登基为帝，是为南明弘光帝，启用道周为吏部左侍郎。
道周向福王上进取九策，即着名的《时务疏》，细陈江南的地理与经济态势。随后，他提出建议，希望可以定都南京而徐图故土，剿灭叛贼以平群盗。然而，奏疏如石沉大海一般，没有得到任何回应。
道周心灰意冷，向友人坦言：“吾辈顽石，无补于天。”他奏请去祭拜禹陵，离开了南京。
不日，南京陷落。弘光小朝廷覆灭。
隆武皇帝朱聿键本封唐王，袭爵于南阳。
清军连陷南京、杭州，弘光帝和诸多明朝藩王被俘。朱聿键逃入福建，被福建巡抚张肯堂和南安伯郑芝龙拥立为监国。黄道周再次被征召入朝，被拜为武英殿大学士。
在南明弘光、隆武、永历三个主要政权中，隆武帝是比较有作为的一个。道周对其评价颇高，心中也重新燃起了不少希望。
隆武元年（1645）七月，黄道周在福州校场举行誓师，揭出抗清义旗。闽中百姓感于道周忠义，纷纷“荷锄从之”。
在建阳，道周整编了军队，操练之后就北上准备与清军作战。不久，道周队伍到江西上饶，“老幼咸集，壮者不召自归”，这是他最为鼎盛的时刻，“诸慕义从军者几及万人，军声颇振”。他兵分三路，一路向西，以便策应赣南的军队。另两路均指向东北，一路指向皖南的休宁，一路指向婺源。
义军起初连战连捷，但随后便遭遇了困境。道周向隆武帝上《孤军莫救危疆难支疏》，恳请隆武帝派出援军，拨给粮草。隆武帝下旨方国安、郑鸿逵出兵策应，但方国安是绍兴鲁王的将领，当时鲁王和隆武帝互相争正统地位，闹得不可开交，方国安当然不会听隆武帝的命令；郑鸿逵是郑芝龙的弟弟，当时郑芝龙正在和洪承畴眉来眼去，也不会听隆武帝的。因此，“诸路之师，竟无一出者”。
道周无奈，决定“无以报朝廷，不如一战决也”。上饶的守臣和乡绅纷纷劝阻，可是道周说，我不能一会儿前进，一会儿后退，动摇军心。他孤注一掷，带着千余人从上饶进攻婺源。他勉励大家不要辜负八闽父老的重托，要抱定“有敌无我，有我无敌”的决心，誓与清军血战到底。至婺源明堂里时，义军被清军重重包围，道周不幸战败被俘。
道周在最后进攻婺源之时，应该已经立下了杀身成仁的信念。他历经四朝四帝，在天启年间被魏忠贤排挤出朝；在崇祯年间屡遭贬谪，险些命丧于诏狱中；在弘光朝不受重用，报国无门；只有在隆武帝的麾下，他才获得了实现抱负的机会，践行了“士为知己者死”的古训。
尽管顾诚评价道周时曾称他“守正而不能达变；敢于犯颜直谏而阔于事理；律己虽严而于世无补”，但道周的风骨与情怀却无可指摘。尽管道周入朝为官、开课讲学十数年，家中却未有余财。他的母亲，一直在漳浦的田间耕作。当他筹建义军之时，还散尽家财来筹措粮草。
固守清贫、德如天高、大义凛然、崇高圣洁。“至人惟一石斋，其字画为馆阁第一，文章为国朝第一，人品为海宇第一，其学问直接周、孔，为古今第一。”徐霞客的评价，黄道周当之无愧。