倪桂珍是参与辛亥革命胜利的功臣之一，1877年仲夏，十八岁的她与去年刚从国外回来的二十一岁的宋嘉树，在上海三马路与泥桥之间的监理会新教堂举行了婚礼，对当时余姚家乡盛行正统的中国婚俗来说，是一大挑战，是一个超时代习惯的新式婚礼，倪的结婚消息传到余姚，闭塞的乡人认为倪桂珍的结婚不是“大红花轿抬去的”，也没有三姑六婆的媒人撮合的礼俗程序，都感到不解和迷惘。而她从此，夫唱妇随，兴办实业，却演绎了一段中国近代商贸与政治结合的传奇。

    婚后不久，倪桂珍回到余姚老家，偕同夫君，拜会了同乡的族邻。后与丈夫离开上海，赴昆山布道，埃尔默·特·克拉克著的《中国的蒋家》英文版一书中说：她不但心肠好，而且“很严格，个性很强”，在许多事情上“要男人听她的”。她被形容为“虔诚地信守十戒……省吃俭用……[对子女]采用斯巴达人的训练方法……还要进行礼貌规矩的训练。还致力于慈善事业。” 概括起来，她是一个“严格的、品德好的、自奉俭朴而又不屈不挠的模范妻子。她与丈夫志同道合，把西方的民主主义思想、爱国主义思想与基督教义融为一体，成为我国近代史上非常特殊的一对知识分子。

    在昆山一隅，她协同丈夫一边布道，一边经商，因布道团团长林乐知的处处刁难，又因群众不信洋教，教堂、学校屡建屡毁，两年后重回到上海，次年举家迁往川沙，赁屋在“内史第”，开始进行独立传教，深入社会，体察民情，先后在嘉定、太仓、上海多处建立学校、孩童乐园、施医诊所、创办工厂、从事教育和实业工作。组建了第一所中国基督教青年会，成为第一个代办外国烟草、纺织、面粉机械的商人。1904年，全家又迁回上海江湾，又开办了阜丰面粉公司、华美印书馆（后成为“商务印书馆”），倪桂珍从中协助，当好内助主角。

    倪桂珍与宋嘉树从民族主义立场出发，向往祖国的独立富强，在布道外，积极参与反清斗争建立民主政权活动，成为斗争活动的重要成员。先后在上海，秘密印刷大量宣传民主革命的“非法”读物，包括同盟会的机关报《民报》，多次受到清政府的通缉、暗杀。由于布道联系了一大批信教信徒，有广泛的社交和有口皆碑的好声誉，才处时时绝处逢生。1894年孙中山偕陆皓东北上上书李鸿章，途经上海就住在她家里，从此宋家成了孙中山和革命者的避风港、联络点。她与丈夫一起冒着倾家荡产、满门抄斩的危险，在她的家里成立了我国第一个民主主义的组织“兴中会”，建立同盟会联络总部，宋嘉树担任总司库，负责经济方面工作，她成为坚定的支持者，曾无数秘密救援孙中山及黄炎培等革命党人去日本，在经济上不惜倾囊相助，抵押工厂、书馆，支持丈夫到美国向华侨募捐，资助一次次的武装起义，为辛亥革命的成功立了下了汗马功劳。1912年元旦，后成为倪桂珍第二个女儿宋庆龄丈夫的孙中山，在南京就任临时大总统，其夫宋嘉树负责筹建银行，并任全国铁路督办司库后，她在家打理宋家与社会各界联系的一切事务。1913年袁世凯篡权，全家流亡日本，直至1915年回到上海带钩桥。