Em 1878 participa da fundação do Clube Republicano do Círculo Militar, responsável pela articulação do movimento que derruba a monarquia. Chega a marechal em 1906, quando é nomeado para o cargo de ministro da Guerra do governo Afonso Pena.
Durante seu mandato, reorganiza o Exército, instituindo, entre outras medidas, o serviço militar obrigatório (1908). É eleito presidente em 1910, com o apoio dos conservadores. No governo, pratica uma política chamada por ele de salvacionista, que pretende recuperar para os militares a influência já exercida anteriormente na esfera pública brasileira.
Em 1913, aos 58 anos e ainda na Presidência, casa-se com Nair de Teffé, de 27, filha do almirante Antônio Luís Hoonholtz, o barão de Teffé. Educada na França, da mesma forma que a maior parte da elite da época, a noiva é caricaturista e colabora em publicações como o jornal O Malho e as revistas Careta e Fon-Fon.
Após deixar o poder, em 1914, Hermes da Fonseca envolve-se em diversos incidentes políticos, entre eles a Revolta do Forte de Copacabana (1922), que o leva à prisão por seis meses. Libertado, retira-se para Petrópolis, onde morre poucos meses depois.