Phan Thúc Duyện là con thứ 10 của ông Phan Phú Quý tức Phan Trọng Đạt và bà Phan Thị Thuận. Ông Đạt (còn gọi Cai Đạt) sinh thời có chút ít học thức, lại thêm có ngoại hình to lớn, có sức mạnh, nên được dân làng tín nhiệm, ban đầu làm Tổng mục Đa Hòa, sau làm Hương Chánh. Thời ông Đạt làm tổng mục, trong vùng thường không có trộm cắp xảy ra. Ông Đạt dạy dỗ con rất nghiêm nên dù ông có nhiều con song người nào cũng ngoan ngoãn, mẫu mực. Hầu hết con ông Đạt đều giỏi võ nghệ, theo chí hướng của cha, chỉ có Phan Thúc Duyện lại có thiên hướng văn chương và giàu tư tưởng canh tân. Người có công giáo huấn cho Phan Thúc Duyện thành tài chính là mẫu thân của ông, bà Phan Thị Thuận. Mặc dù là một gia đình đông con, nhà nghèo song bà Thuận đã động viên, dạy dỗ Phan Thúc Duyện trở thành một trong những cử nhân nổi tiếng của đất Điện Bàn.
Thuở nhỏ, Phan Thúc Duyện học ông Xã Thầy (một người cùng tộc tại phái Ba). Sau đó ít lâu, ông học thầy Cử Trà (tức ông Trà Quý Trung) ở làng La Huân. Ông Trung đỗ cử nhân khoa Đinh Dậu, niên hiệu Thành Thái thứ 9 (1897). Sau khi học xong tại hương trường, Phan Thúc Duyện lên học trường tỉnh, còn gọi là trường Đốc ở Thanh Chiêm, do Đốc học là Trần Đình Phong làm Đốc giáo (Hiệu trưởng). Trường đốc Thanh Chiêm là nơi đào tạo nhiều nhân tài nổi tiếng cho huyện Điện Bàn xưa như: Trần Quý Cáp, Phan Châu Trinh, Huỳnh Thúc Kháng, Phạm Liệu, Nguyễn Đình Hiến, Nguyễn Bá Trác, Mai Dị, Phan Khôi...
Phan Thúc Duyện là người có vóc dáng cao, to, sức khỏe hơn người song ông lại là người rất điềm tĩnh, ăn nói mạch lạc và ít nói. Ông là người rất quảng giao, thích giao du với bạn bè, thích đi đây đó, nhất là thích cầm chầu hát bộ và đánh tài bàn. Phan Thúc Duyện là một người con hiếu để, trọn nghĩa với thầy. Khi ông giáo làng Xã Thầy, người dạy ông từ nhỏ mất, gặp lúc ông vừa đỗ Cử nhân song họ Phan đã về phúng điếu và đưa linh cửu thầy đến nơi an nghỉ cuối cùng.
Năm Canh Tý (1900) niên hiệu Thành Thái thứ 12, Phan Thúc Duyện đỗ cử nhân. Ông xếp hạng thứ 6, trong tổng số 42 người. Trong khoa thi này, hàng loạt học trò Quảng Nam đỗ đạt như: Huỳnh Thúc Kháng (thủ khoa), Nguyễn Đình Hiến, Phan Châu Trinh, Lê Bá Trinh và ông.
Sau khi đỗ cử nhân, Phan Thúc Duyện không ra làm quan mà ở nhà giao du cùng các bạn học, nhất là Trần Quý Cáp, Huỳnh Thúc Kháng... Gặp lúc phong trào Duy Tân tại Quảng Nam nói riêng và Trung Kỳ nói chung khởi phát mạnh mẽ, Phan Thúc Duyện đã tích cực tuyên truyền vận động Duy Tân trong tỉnh, dưới sự chủ xướng của Phan Châu Trinh, Huỳnh Thúc Kháng, Trần Quý Cáp. Chính họ đã chủ trương “Ỷ Pháp cầu tiến bộ”, “Chú trọng mở mang kinh tế, lập thương hội, nông hội làm tiền đề dân sinh” và “không để dân giàu thì không có con đường nào đạt đến mục đích tự trị được”.Từ chủ trương đó, Phan Thúc Duyện đã trở thành một trong những người vận động và thực thi một cách nhiệt thành các chủ trương: mở hội buôn, lập trường học, dạy chữ quốc ngữ, lập nông hội, kêu gọi hớt tóc ngắn, mặc đồ âu phục, dùng vải nội hoá... Nhất là việc ông lập ra hợp thương Diên Phong và ngôi trường cùng tên trong phong trào này.
Do là một trong những người có trọng trách ở thương cuộc Hội An, nên Phan Thúc Duyện có kinh nghiệm để thành lập và điều hành thành công Hợp thương Diên Phong ở Phong Thử. Hợp thương Diên Phong (Diên là Diên Phước, Phong là Phong Thử) được đặt gần sông Bàu Lớn, thuộc làng Phong Thử, gần sông để tiện việc bốc dỡ hàng. Cơ ngơi tại đây là một nhà lầu và một nhà ngang dài và có hai nhà nhỏ nấu cơm, ăn cơm và ngủ. Tại nhà lầu có chỗ tiếp khách, chỗ làm việc, chỗ chứa hàng hoá. Nhà ngang là nơi bày biện hàng hóa để cho người mua chọn lựa. Hàng hoá ở đây là những thổ sản thường buôn trong tỉnh do những ghe bầu vượt biển đi buôn các tỉnh khác hay mang xuống cho thương cuộc Hội An bán, dụng ý ngầm là để tranh thương với người Hoa ở đó. Hàng hóa gồm: vải, sợi, đường, heo, dầu phụng, đậu... được chất ngổn ngang ra đến tận hiên nhà, gợi cho người dân trong vùng thấy công ty đang làm ăn phát đạt, có quy củ và theo cung cách mua bán “khá Tây”. Chính vì những lẽ đó, hợp thương Diên Phong nhanh chóng trở thành một công ty nổi tiếng nhất của Quảng Nam, là điển hình cho phong trào duy tân: “Hợp thương Diên Phong biến thành đầu não cho các thương cuộc trong tỉnh...". Họ Phan đã điều hành công ty này một thời gian rồi giao cho ông Học Tảo quản lý.
Hợp thương Diên Phong ở Phong Thử với cơ ngơi bề thế, hàng hóa dồi dào, nhân viên đông đảo, không hiểu Phan Thúc Duyện huy động nguồn vốn như thế nào? Cổ phần đóng góp bao nhiêu? Phạm vi huy động vốn gồm những thành phần nào và ngoài Phong Thử còn có nơi nào khác? Là một trong những câu hỏi lý thú đối với bất kỳ ai muốn tìm hiểu về cuộc đời và hành trạng Phan Thúc Duyện trong giai đoạn lịch sử sống động này. Công ty Diên Phong của cử Duyện không chỉ thu hẹp trong phạm vi tỉnh mà còn mở rộng ra tận Hà Nội.
Công cuộc buôn bán và thu chi tài chính này, theo lời kể của ông Võ Hoán thì đó là "Quốc Thương". "Vì là quốc thương chứ không phải chuyện tư, cho nên kiếm lời được đồng nào, chúng tôi chắt bóc quý báu đồng ấy. Chúng tôi không tiêu vào đó một xu, ăn uống xài phí gì lấy tiền nhà ra, chứ không đụng vào tiền của nước..." Mục đích của hội buôn khắp Trung kỳ lúc đó không là gì khác, ngoài việc “khai dân trí, chấn dân khí, hậu dân sinh”,. Về vấn đề này, trong một báo cáo của mật thám Pháp tại Tam Kỳ (Quảng Nam) ngày 1.11.1907 nêu rõ: “Để biện minh cho danh nghĩa hội buôn, họ đã yêu cầu các hội viên góp tiền để làm vốn buôn bán. Nhất định là có mục đích hoàn toàn khác nhưng những người lập hội buôn làm sao dám cho mọi người biết mục đích thực của hội được”
Tháng 6.1906, Phan Thúc Duyện cùng Trần Quý Cáp, Nguyễn Toản, Lê Bá Trinh, Hồ Thanh Vân, Trần Huỳnh Sách lên tận nguồn núi Dùi Chiêng, Tý, Sé tìm đất hoang để khai khẩn. Đất ở đây tốt, bằng phẳng, thuận lợi cho việc trồng trọt, nhất là gieo bắp. Tuy nhiên, do gặp phải khí hậu độc, bệnh sốt rét thường xuyên đe dọa, nên nhân công bỏ về, công việc thực hiện nửa chừng phải dừng lại.
Ngoài hợp thương Diên Phong, Phan Thúc Duyện còn tổ chức xây dựng một trường tư thục cũng mang tên Diên Phong tại Phong Thử, trường là một trong hai trường lớn của tỉnh Quảng Nam do tư nhân thành lập lúc bấy giờ. Trường có 2 cơ sở khác nhau, một ngôi ở ngay hợp thương phía sau ngôi nhà dài dùng để buôn bán; ngôi thứ hai ở chùa Phong Thử, cả hai đều được xây cất bằng gạch ngói. Tổng số học sinh theo học tại trường này lúc bấy giờ lên đến 200 người. Do là trường ra đời sớm của phong trào duy tân nên chưa có chương trình, giáo án đầy đủ: các ông giáo thấy sách nào hay thì đem ra dạy, gặp bài thơ nào khoái chí thì đem ra bình... Về toán số thì dạy 4 phép cộng, trừ, nhân, chia và tính đố. Ngoài ra, trường còn dạy cả hát và tập thể dục nữa. Học sinh nghỉ hè theo vụ mùa, thời gian thu hoạch mùa màng thì được nghỉ hè! Đây là một sáng kiến hay của Trần Quý Cáp dành cho các trường của phong trào duy tân lúc bấy giờ. Trường thường tổ chức những buổi diễn thuyết, hội thảo và mời các bậc khoa cử tới dự; tổ chức khảo hạch theo thời khóa biểu, luân chuyển giữa trường này với trường kia để học sinh thi đua học tập; tạo điều kiện quen biết và cũng chính là những dịp du ngoạn bổ ích, mở rộng tầm nhìn. Trường Diên Phong có uy tín lớn, ngoài tài năng “kinh bang tế thế” của cụ Cử Duyện còn là sự góp mặt cả những giáo sư giỏi, uy tín trong vùng như: Tiến sĩ Trần Quý Cáp, Cử nhân Phan Thúc Duyện, Cử nhân Mai Dị, Thông phán Phan Thành Tài. Cụ Mai Dị thì dạy chữ Hán và Tân thư, cụ Phan Thành Tài thì dạy chữ quốc ngữ và chữ Pháp, toán học. Tiếng tăm của trường Diên Phong và Phan Thúc Duyện nổi tiếng đến nỗi, khắp vùng bắc Quảng Nam đều nhắc đến trường này:
"Diên Phong lập một học đường
Chữ tây, quốc ngữ dạy phường thiếu niên
Khắp tất cả các miền nguồn, biển
Thảy đều giảng diễn sách Duy Tân..."
Tháng 5-1908, phong trào Duy Tân tại Quảng Nam bị thực dân Pháp đàn áp mạnh mẽ, Phan Thúc Duyện bị bắt cùng nhiều đồng chí của mình. Ông bị bắt ngày 5-5-1908, Tri phủ huyện Điện Bàn là Trần Văn Thống đã dẫn lính đến lục soát nhà, tịch thu nhiều của cải. Người ta nói rằng, Cử Duyện bị bắt là do ông có viết thư báo cáo tình hình cho Trần Quý Cáp lúc đó đang làm Giáo thọ tại tỉnh Khánh Hòa. Chính các bức thư đó đã thể hiện tấm lòng yêu nước, tư tưởng canh tân, ý chí “phú cường để đánh Tây” của ông và những người đồng chí của mình. Điều đáng quý là, mặc dù thực dân Pháp bắt bớ, đàn áp phong trào rất dữ song Cử Duyện vẫn không trốn chạy, không sợ bị liên lụy, ông vẫn thông tin và động viên tâm lý các đồng chí của mình cho đến ngày ông bị bắt.
Tháng 8.1908, Phan Thúc Duyện bị đày đi Côn Đảo với các đồng chí của mình theo như bản án mà chính phủ Nam triều dành cho họ: "Huỳnh Thúc Kháng, Phan Diện, Lê Bá Trinh, Nguyễn Thành đều là người có danh sắc, không lẽ không biết người trở lòng với nhà nước (tức Phan Bội Châu) là người không nên theo. Nguyễn Thành thấy nó tới nhà liền đi mời Phan Diện, Huỳnh Thúc Kháng cùng nhau bàn luận. Sau nghe tên ấy đi khỏi nước, thì Nguyễn Thành, Phan Diện, Lê Bá Trinh lại lập ra hội luận, hội diễn thuyết, hội mặc đồ tây... Hội buôn thì do Phan Diện, Nguyễn Thành làm chủ, hội diễn thuyết thì Huỳnh Thúc Kháng, Lê Bá Trinh làm chủ. Coi như trong thơ của chúng nó làm có câu: "mắng nhiếc chuồng lồng" gởi thư thì có câu "nói trước mặt người quyền mạnh"... Bây giờ chiếu luật "mưu làm giặc mà chưa làm" định tội: Huỳnh Thúc Kháng, Phan Diện cũng bắt tội như Phan Châu Trinh: xử tử đày Côn Lôn, còn Nguyễn Thành và Lê Bá Trinh đánh 100 gậy, đày đi 300 dặm...".
Thế là, những ông cử, những ông bảng nhãn, tiến sĩ danh khoa một thời ấy bị lưu đày biệt xứ tại Côn Đảo xa xôi, nhiều người đi không bao giờ trở lại. Một chuyến tàu chở 27 người, trong đó có 8 người Quảng Nam gồm: Phan Thúc Duyện, Huỳnh Thúc Kháng, Lê Bá Trinh, Nguyễn Thành, Trương Bá Huy, Dương Thạc, Hương Cảnh và Hương Quận rời đất liền, cập bến Côn Đảo vào ngày 28 tháng 8 năm Mậu Thân (1908).
Lúc mới ra đảo, do Phan Thúc Duyện có ngoại hình to lớn, vạm vỡ, sức mạnh hơn người, nên thường gánh vác dùm phần việc vác đá, vác lúa, khi thì cho Huỳnh Thúc Kháng, khi thì cho Lê Bá Trinh. Do mối thâm tình đó, nên Lê Bá Trinh có hứa: nếu cả hai còn sống về được quê nhà sẽ gả em gái cho ông, sau này cuộc lương duyên đó đã thành sự thật. Thời gian này, Phan Thúc Duyện có hai nỗi buồn lớn: người vợ ông - bà Nguyễn Thị Luyến chết vào năm Tân Hợi (1911), cuối năm đó, Tiểu La Nguyễn Thành một người đồng chí của ông qua đời tại Côn Đảo. Tâm trạng của ông đối với Tiểu La đã dược ghi lại trong câu đối điếu bạn mà Huỳnh Thúc Kháng đã viết trong Thi tù tùng thoại.
Ở đây, tưởng cũng nên nói đôi điều về đời tư của ông: Phan Thúc Duyện lấy vợ trễ. Sau khi đỗ cử nhân ông cưới bà Trương Thị Hướng con gái của ông Trương Bính người làng Châu Lâu, sinh hạ được một gái, một trai. Bà này mất sớm lúc 23 tuổi. Năm 1905, ông tục huyền với bà Nguyễn Thị Luyến con gái ông Nguyễn Đức Nhuận người làng Hạ Nông. Bà này sinh hạ trai gái được 3 người, bà mất năm Tân Hợi (1911) đang lúc ông ở tù Côn Đảo được 4 năm. Sau khi ra tù, năm 1921 ông cưới bà Lê Thị Bằng, em gái ông Cử Lê Bá Trinh ở làng Tân Lưu, xã Hòa Hải, Hòa Vang. Bà này sinh được 6 người con cả trai lẫn gái. Bà mất năm Đinh Tỵ (1977). Thọ 86 tuổi. Ông có tổng cộng 11 người con nhưng chỉ nuôi lớn được 7 người.
Tuy là tù khổ sai song Phan Thúc Duyện luôn bị bọn chúa ngục, để mắt theo dõi sát sao, bởi với chúng, ông là một trong những phần tử nguy hiểm. Điều này được Huỳnh Thúc Kháng ghi lại khi ông làm thư ký tại văn phòng Gardien Chef (Trưởng ngục) từ năm 1912 đến năm 1914 như sau: "Trong sổ tù chữ tây thấy dưới cước rằng: Huỳnh Thúc Kháng, Phan Thúc Duyện là "tướng thứ hai của Phan Châu Trinh" án xử giảo giam hậu (décapitation, Ngô Đức Kế, Đặng Nguyên Cẩn là "tướng thứ hai của Phan Bội Châu" án xử trảm giam hậu (strangulation). Ngoài ra phàm án chung thân đều trảm, giảo cả. Sau mấy năm có được ân giảm xuống 13 năm khổ sai (1913).
Từ năm 1914 đến năm 1917, tù khảo sai Côn Đảo được thong thả nhất, bởi O'Coonell - Chánh tham biện ở đảo, đã có những cải cách quan trọng: tù chung thân, khổ sai cho thả ra làm rau, 5 hoặc 10 người làm một toán. Ban ngày làm việc, ban đêm vào khám, cử một người ở lại trông coi hoa màu. Tù chính trị được ra ngoài dựng lều ở chung không có mã tà theo dõi, tự nuôi gà vịt, trồng rau, bắt cá. Tù tự bầu chọn người coi sóc. Ông Phan Thúc Duyện được cử giữ chức vụ này, có lẽ ông có thân hình cao lớn, có sức khoẻ hơn. Lại thêm, đối với tù quốc sự (déportés politiques) O'Coonell cho rằng: “nói quốc sự phạm, theo luật, chúng nó phạm công tội không được đối đãi chúng như là thường phạm kia, phải cho chúng nó tự do sanh lý... (tù quốc sự này chỉ trong bọn đặt một người Caplan không có mã tà coi sóc, My Sanh (tức Phan Thúc Duyện) được lãnh chức Caplan trong thời gian này. Từ năm 1915 đến năm 1917, lợi dụng chính sách cởi mở của O'Coonell cho lập ra một cái chợ mới để tù ra buôn bán, Phan Thúc Duyện cùng 4 người nữa là Huỳnh Thúc Kháng, Ngô Đức Kế, Đặng Nguyên Cẩn, Nguyễn Đình Quản làm chủ hai tiệm buôn chuyên việc buôn bán, cùng các nhà buôn Sài Gòn giao thiệp và mua hàng - do ông O'Coonell giới thiệu. Tiệm lúc đầu có 5 người, sau có Thông Thiệp (Bắc Hà) hùn vào... “Hiệu tiệm chúng tôi gọi là "Quảng Hồng Hưng".
Hai năm cuối cùng trong cuộc đời tù đày của Phan Thúc Duyện tại Côn Đảo (1917 - 1919) là hai năm gian khổ, đọa đày nhất đối với ông và những người đồng chí của ông. Thời gian này, Chánh tham biện O'Coonell bị thay thế vào cuối năm 1917 bởi Tham biện mới Andoand; lại thêm vụ Hy Cao, Kim Đài dùng bè vượt ngục năm 1918. Tham biện Andoand thực thi chính sách cai trị rất khắc nghiệt. Theo cụ Huỳnh sau này nhớ lại thì: "Chúng tôi lìa tiệm buôn mà ra làm sở ruộng, thuộc dưới quyền viên đội K. Viên đội chia ra hai cái trại. Tôi cùng My Sanh (Phan Thúc Duyện) Tập Xuyên, Thai Sơn, Nghĩa Bình ở một trại, còn trại kia thì có Hy Cao, Kim Đài, Cửu Cai, Mai Lâm, Nho Hai ở. Về ruộng cũng chia ra hai phần. Sau bạn Hy Cao và Kim Đài thả bè trốn, còn bọn ở lại đều vào khám cả, không được ở ngoài nữa... Sau đó mỗi người một nơi. Phan Thúc Duyện sang bãi Đầm (baie d'ouest), Đặng Nguyên Cẩn nằm bãi bắt đồi mồi, Ngô Đức Kế đi sở đốn cây, Nguyễn Đình Quản, Huỳnh Thúc Kháng, Trần Kỳ Phong làm ruộng Cỏ Ống... Ai ở sở nấy, suốt năm mà không được gặp mặt nhau, lại không có thư từ gì cả. Trong khoảng vào năm đó (1917 - 1920) rõ là họa kiếp rất lớn cho tụi quan to, nay nhắc lại còn lấy làm đau lòng!...".
Năm 1919, Phan Thúc Duyện được trả tự do, nhưng thực dân Pháp và quan lại Nam triều không cho về ở nguyên quán mà buộc ông phải chịu kiếp “lưu đày biệt xứ”. Chúng đưa ông ra trú ở Quảng Bình để cách ly ông khỏi vùng đất mà ông có uy tín nhất nhằm tiện việc kiểm soát, theo dõi. Thời gian đầu, Phan Thúc Duyện ở tại Huế, ông thuê nhà gần cửa Thượng Tứ để nấu cơm tháng cho học sinh trong Quảng ra Huế học. Điều này được ghi lại trong một lá thư của Phan Châu Dật gởi cho cha là Phan Châu Trinh ở Pháp: "Mấy ông ở Côn Lôn nay đã về nhiều rồi. Ông Cử Phong Thử về nay ở Huế buôn bán...". Về sau, ông mới bị Pháp đưa ra Quảng Bình. Tại đây, con người có chí hướng kinh bang tế thế đó, đã bắt tay khai khẩn đất hoang, lập nên đồn điền mới. Tại đây, với tầm nhìn rộng của một nhà kinh tế, ông đã khai phá đồi núi, lập đồn điền trồng cây kết hợp với chăn nuôi. Sau đó, còn có thêm hai ông là Đoàn Kim Thiệu và Đoàn Kim Trịch đem gia đình đến cùng ở và làm theo, tạo thành một xóm có 3 gia đình, giếng nước, và vườn cây khang trang. Năm 1930, ông về lại quê hương Phong Thử giao đồn điền này cho người con trai là Phan Trọng Thỉnh quản lý. Vùng đất do Phan Thúc Duyện khai khẩn đó, cho đến nay, người dân ở Lệ Ninh (Quảng Bình thường gọi nhau bằng cái tên "Vùng đất Quảng Nam. Cái tên ấy, ghi dấu một thời lưu đày viễn xứ của cử nhân Phan Thúc Duyện ngày nào.
Năm 1930, Phan Thúc Duyện được trở về quê nhà tại Phong Thử. Thời gian này, do sự biến phong trào duy tân đã lùi khá xa, đủ để ông và những người đồng chí của mình nhìn nhận lại sự cần thiết và tiến bộ trong việc “khai dân trí, chấn dân khí và hậu dân sinh”, nhận rõ những bản án bất công mà thực dân Pháp dành cho họ. Có lẽ vì vậy, ông đã viết Bản điều trần gởi cho Bộ trưởng Bộ thuộc địa Pháp là P.Raynaud, khi ông này cầm đầu một phái đoàn qua Đông Dương vào năm 1931.
Từ năm 1932 đến 1935, Phan Thúc Duyện liên hệ với Công ty Liên Thành ở Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận, một cơ sở lớn của Phong trào Duy tân may mắn còn hoạt động. Cơ sở này cùng với hiệu buôn Diên Phong của ông ngày trước vẫn có mối quan hệ giao thương. Ông Hồ Tá Bang (một nhà Duy tân cải cách có cổ phần chính của Công ty giữ chức Tổng lí Công ty Liên Thành) mời ông vào lập nhàn điền ở Mường Mán.
Mường Mán là mộ vùng đầy lùm bụi và tre gai, việc khai phá không hề dễ chút nào, nhất là rất khó tuyển mộ nhân công. Phan Thúc Duyện bèn về Phong Thử, tại đây đất ít người đông, vận động một số thanh niên trong đó có con cháu ông hơn 10 người vào làm. Công việc thật gian nan vất vả, nước độc, muỗi nhiều, cái nắng khô cháy nhưng trên hết là nạn tre gai, vừa rậm rạp, vừa bén nhọn, đụng vào là chảy máu. Để giúp anh em công nhân quên bớt nhọc mệt, ông thường dạy những bài ca Cách mạng hoặc đem những chuyện ở Côn Đảo, Quảng Bình kể lại cho họ nghe để động viên tinh thần. Gần 3 năm công việc còn dang dở, một số đất vỡ hoang đã có hoa màu chủ yếu là sắn, khoai, lúa, bắp. Số thanh niên ở Phong Thử chịu đựng không nổi xin trở về, bản thân ông cũng thường bị đau ốm luôn, nên giao lại cho ông Hồ Tá Bang về Phong Thử. Lúc bấy giờ ông đã 63 tuổi.
Về lại quê nhà ít lâu, Phan Thúc Duyện tham gia vào việc coi làm đường sắt và ga Phú Cang cho các nhà thầu Huỳnh Khâm (ở Hà Mật), Vương Quang Nhơn (ở Vĩnh Điện). Ông lại chỉ huy phá núi, lấy đá, đập đá làm đường tại hầm Phước Thành. Thời gian này, chính ông đã vận động thành lập sân bóng đá Phong Thử. Cạnh trường Phong Thử có một vạt đất trống, trong khi khuôn viên của trường khá hẹp, nên ông đứng ra vận động các hương chức trong làng lập một sân vận động, để học sinh có chỗ vui chơi, tập thể dục hàng ngày. Ý định đó đã nhanh chóng được mọi người ủng hộ, nhà chức trách đồng ý, sân vận động được hình thành. Sân vận động nằm trên một vị trí thuận lợi, cạnh đường tỉnh lộ, đối diện với trường học, diện tích khoảng 9.600 m2 (80m x 120m). Chung quanh sân có chừa một đường đất bề ngang 5 mét để tập chạy và thi chạy. Trong sân là chỗ đá bóng có hai cầu môn bằng gỗ lim. Phía sau cầu môn về hướng tây, có chừa một khu đất để tập thể dục. Có trụ, xà để tập đu, nhảy cao, nhảy xa, có giàn để tập bò... Chính sân bóng đá này, đã thu hút nhiều thanh niên trong vùng đến chơi, là nơi đá bóng giao lưu của các đội bóng ở Hội An, Vĩnh Điện lên, Đà Nẵng vào thi đấu.
Cuối năm 1939 đầu năm 1940, chợ Phong Thử cũ bị cháy, ông bèn vận động xin dời và xây dựng lại chợ Phong Thử mới. Việc xin dời chợ rất gian nan và kéo dài nhiều tháng. Một số dân cư ở khu vực gần chợ phản đối quyết liệt, còn quan lại Nam triều từ Phủ đến Tỉnh đều không muốn dời chợ, chỉ đồng ý cho xây sửa lại chợ và đổi hướng chợ. Phan Thúc Duyện được sự ủng hộ của nhân dân, sự đồng tình của hướng chức sở tại, liên tục làm đơn xin dời chợ gởi cho Tỉnh qua Tổng đốc và Công sứ, nhưng tình thế không có gì sáng sủa. Không nản chí, Phan Thúc Duyện bèn gởi thư vào Sài Gòn nhờ người con trai là Phan Mính giúp đỡ. Phan Mính lúc đó đang là Kỹ sư hóa học - Trưởng ban công tác hạng 3 các ban kỹ thuật và khoa học Sở Canh nông thuộc địa. Thanh tra công tác trình bày nông phẩm và kỹ nghệ phẩm xuất khẩu ở Viện khảo cứu Nông nghiệp và Lâm nghiệp tại Sài Gòn. Phan Mính còn là Phó chủ tịch Hội đua ngựa Phú Thọ - Sài Gòn. Chiều ý cha, Phan Mính đã gửi cho Tổng đốc Quảng Nam và Công sứ Pháp tại Hội An mỗi người một lá thư, trình bày sự cần thiết và ý nguyện của dân Phong Thử trong việc di dời và xây chợ mới. Cuối 1940, thỉnh nguyện trên mới được chấp thuận. Thế rồi với tài năng và đức độ, sự nhiệt thành của cử Duyện mà chợ mới Phong Thử được ra đời và đầu năm 1942. Ngày khánh thành chợ, Công sứ Pháp và Tổng đốc Quảng Nam đến dự và cắt băng khánh thành.
Tiếp đó, tháng 2.1942, Phan Thúc Duyện bắt tay vào việc sửa chữa và đắp rộng con đường từ chợ Phong Thử đi Bì Nhai nối với đường hướng về Kỳ Lam độ 1.500m. Đường này đã có từ trước nhưng nhỏ hẹp và gồ ghề khó đi. Ông vận động dân đóng góp ngày công và chính ông cũng đã bỏ ra một số tiền để chi phí sửa chữa. Vì vậy, nhắc lại công đức của ông, người dân Phong Thử trong một bài chúc chúc thọ ông có câu:
“Nào dời chợ, nào đắp đàng
Dạ chẳng tiếc của ngàn cùng tông tổ
Chốn hương đảng một lòng ái mộ
Bạc năm trăm châu cấp hộ đồng dân..."
Tháng 9 năm Giáp Thân (1944), Phan Thúc Duyện ra làng Mân Quang (thuộc xã Hòa Quý, huyện Hòa Vang) thăm ông Hường Đạm (tên thật là Trần Nhã Diệm đậu cử nhân khoa Ất Mão, 1915) và được ông này mời ở lại chơi tài bàn. Do té ngã, ông bị thương nặng phải đưa ra Đà Nẵng nhờ bác sĩ Trần Đình Nam chữa trị, nhưng bệnh tình nguy kịch không cứu được, ông qua đời tại bệnh viện ngày 18 tháng 9 năm Giáp Thân (3.11.1944) hưởng thọ 72 tuổi. Gia đình đưa về quê an táng.
Sự ra đi cả ông cử Duyện, một nhân sĩ một lòng đau đáu vì quê hương, đất nước đã gây nên xúc động mạnh cho nhân dân trong vùng khắp bắc Quảng Nam. Lễ tang ông được tổ chức trọng thể, người đi đưa đông đảo. Cụ Huỳnh Thúc Kháng, người bạn đồng chí của ông cũng có đến thắp hương, cúng hoa quả rồi đi ngay không dự đưa tang được. Trong một báo cáo của mật thám Pháp tại Đà Nẵng chúng tôi thấy ghi; “Đám tang ông Phan Thúc Duyện – một nhân sĩ rất có uy tín trong vùng làm dư luận xôn sao”. Điều đó cho thấy, cho đến những năm cuối đời, bọn thực dân Pháp vẫn rất sợ uy danh của cử Duyện, nên mọi hoạt động của ông đều bị chúng theo dõi rất chặt chẽ. Trong hoàn cảnh