制造局控制在手，便不愁缺乏军火。此时的制造局总办张士珩所部卫队三百多人，都是安徽老乡，外人运动无法入手，必须硬碰硬地以武力去对付。防守制造局的除驻军外还有特别巡警队，同时在黄浦江中还泊有一艘炮艇，协同防御。
下午4时，陈其美另行组织一支百余人的敢死队前去攻打江南制造局，他们携带向商团公会借来的40支步枪、子弹若干发，以及自制的土炸弹数枚，由杨谱笙、高子白带队，陈其美随队督战。到了制造局门前，陈其美一方面是急于求成，一方面也是感到在大局已定的情形下，实在不必要造成敌我双方无谓的人员伤亡，于是他请各同志暂停攻击，自己则准备入局劝降。
等他进去之后，便消息杳然。实际上是他劝说无效，反被扣留了。当时陈其美进去劝说张士珩投降，免遭流血之祸，并晓以大义，说革命党已在外面围攻，声势赫赫。软硬兼施之下，不料张士珩丝毫不为所动，反将他五花大绑。陈其美见劝降办法行不通，只好束手待毙。
劝降失败，只得硬攻。下午5点，敢死队乘制造局放工时候，拥入局门。当时守军中的一部分人同情革命，但还有一小部分人在总办张士珩的督率下负隅顽抗。守军先放空枪以示警告，敢死队见没有子弹，便冲上前去投掷炸弹，守军于是以实弹射击，当场打死一人打伤二人，敢死队的进攻受挫。待击退革命党人后，得意洋洋的张士珩便要来杀陈其美，此时陈其美成了等待被处决的囚犯，危在旦夕。
当时制造局内有一个名叫张杏村的士兵，暗中支持革命，在局中充当内应，在旁边见陈其美生死系于一发之际，立即挺身而出说：“此人乃微弱书生，有何本事，杀不杀，无济于事，但他们党人很多，均不怕死，今若杀他，设异日他们专来找总办谋报复，可了不得。总办的少爷、小姐均在外居住，身家性命以及财产，也当顾虑。即我等在此自当同总办出力，设若革命党成功，他们必不饶恕我们。请总办想想，何不等到大事平定，再来杀他不迟，横直他在这里哪能跑得脱。”张士珩听了张杏村之言，觉得有些道理，才放弃了立即杀害陈其美的念头。
陈其美被扣押的消息不胫而走，传遍了上海，广大军民纷纷前来搭救陈其美。就连唱戏的伶人也率领同班同台演武戏的朋友提着刀枪棍棒，争先赴援。可见陈其美平时交游广阔。革命党人见救不出陈其美，就决定让敢死队再次攻局。起初局中仍以机关枪抵御，防守严密。不久，清军起义士兵和商团武装前来支援革命党人。制造局被团团围住，遭受到商团、敢死队与士兵数千人猛烈的攻击。起义军从防御薄弱的制造局后墙翻入，举火焚厂，局中顿时陷入慌乱，守军非逃即降。4日凌晨，清政府在上海的最后堡垒江南制造局终于被攻破了。总办张士珩见大势已去，携襄办乘小火轮逃往租界，仓皇逃命的他当然顾不上杀陈其美了。
起义军冲进制造局后，起初到处找不到陈其美，最后才在局后厕所旁一间储存废铁的小房间里发现了他。只见他席地而坐，被钉上了脚镣手铐，身体被粗麻绳绑在一张木凳上，头紧紧贴着墙壁，头发被钉在墙上，全身动弹不得。同志们赶紧把他放下来，打开脚镣手铐时，他早已周身麻木。至此，上海乃胜利光复。
在上海光复的影响下，11月5日，江苏省会苏州、浙江省会杭州几乎同时宣布独立。至12月2日，江浙沪革命联军攻克南京，长江下游一带全部光复。
上海光复后，由于领导起义的各革命团体互不统属，领导人们很快便陷入争权夺利之中。领导起义的核心人物是李燮和和陈其美两人，成为竞争沪军都督一职的对手。实际上李燮和在上海光复运动中也起了很大的作用。他早年加入过华兴会、光复会、同盟会，萍、醴、浏起义失败后亡命南洋，以教书为业，在华侨中威望很高。辛亥革命前他在上海策动新军，本来陈其美已和他约好共同起事，但陈其美以为上海唾手可得，就提前一天抢先进攻江南制造局，想抢光复上海的头功，结果连他本人都被俘。还是李燮和闻讯，急令光复军全力赴援，救出陈其美，上海才随之光复。
在都督人选上，同盟会方面竭力推举陈其美，帮会、报界和留日学生也都拥戴陈其美；光复会方面拥戴李燮和，淞沪一带的起义军警也支持他。在11月6日的会议上，正当众说纷纭、争持不下之时，帮会成员刘福彪突然举起一颗手榴弹大呼：“都督非选陈英士不可，否则我手榴弹一甩，大家同归于尽！”在这样的威胁下，其他人都屈服了，最后经过斡旋协商，大家同意由陈其美出任沪军都督。会议一结束，街头就出现了安民布告，上面赫然盖着沪军都督的大印，原来他早在起事前就已准备好了，陈其美“四捷”之名果然不虚。11月8日，中华民国军政府沪军都督府正式成立。
但李燮和不服，在吴淞也称军政分府都督，一时独立后的上海出现了两个军政府。陈其美曾派人刺杀李燮和，但没有成功。李燮和最后被迫离开上海，陈其美终于独享上海光复的胜利果实。
1912年3月，袁世凯当上中华民国大总统后，自然要解除革命党人的兵权。为了解除陈其美的兵权，袁世凯调他出任唐绍仪内阁的工商部总长，但因为他辞不就任，遂于7月被解除沪军都督之职。1913年3月宋教仁遭袁世凯派人暗杀，二次革命爆发，陈其美又被举为上海讨袁军总司令。
二次革命之前，袁世凯就早有准备，军力充足。国民党准备不足，仓促应战，因而在北洋军的打击下很快宣告失败。孙中山等革命党人只得流亡海外，躲避追杀。
二次革命失败后，袁世凯的北洋势力乘势向南方拓展，袁更倒行逆施下令通缉孙中山、黄兴、陈其美、朱执信、邓铿、李烈钧等数十人，并解散国民党，废止《约法》，国民党人遭受的迫害不可言宣。孙中山于1913年8月抵达日本，检讨二次革命的失败，认为并非袁世凯强大，而是国民党涣散，各行其是，不听中心领袖的指导所致。因此孙中山欲重组一个听命于中央领袖的政党。11月，陈其美应孙中山之命赴日本，支持孙中山另组中华革命党的事宜。
陈其美建议孙中山以帮会方式收纳中华革命党人，即所有入会人员都必须宣誓，如有背叛即赴死刑。虽然这个建议遭到了黄兴等革命元老的反对，但孙中山救国心切，还是接纳了。显然，这个组党行动本身已经与“民主共和”的观念相违背。
中华革命党声势日渐壮大，孙中山乃下令讨袁，令革命党同志潜伏各地暗中布置。是年10月陈其美与许崇智奉孙中山命潜伏广东，由东京路经上海，上海同志坚持要留陈其美在上海主持反袁工作，许崇智就上书孙中山，请准陈其美留在上海负责一切，孙中山答应了。当时上海镇守使是袁的死党郑汝成，有精兵数万扼长江咽喉，控制海军，为袁世凯的东南屏障。
陈其美和革命同志认为如果不除郑汝成，则上海形势将不利于反袁活动。11月10日是日本天皇登极典礼，驻沪日本总领事开会庆祝日皇登极，郑汝成因是上海军政最高首长，照例必须往贺，陈其美布置死士十余人，预伏于龙华到日本领事馆所经路线，英租界外白渡桥一线由精于枪法的王晓峰、王明山二人担任。10日晨，王晓峰持两支手枪，王明山怀两颗炸弹，埋伏在白渡桥侧。11时，郑汝成偕其司务长乘汽车来，将近外白渡桥，因为车辆拥挤，行驶缓慢。王明山以第一枚炸弹扔向郑车，未击中，炸弹爆炸声使行人仓皇逃避，郑的司机拟开快车，说时迟那时快，王明山再向车内掷出第二枚炸弹，轰隆一声，车盖爆裂，玻璃纷飞，郑汝成当场被击晕，车亦停驶，王晓峰攀附在车门上，用驳壳枪猛射郑头部十余发，郑当场就毙命。两位壮士击毙郑汝成后，神色自若，态度从容，弃枪就捕，从容赴义。
郑汝成是袁世凯的亲切死党，郑死后，袁世凯极为震动，令杨善德继任上海镇守使。杨没有郑精干，革命党人紧接着又发动12月5日的肇和兵舰起义。
肇和兵舰起义是陈其美一手策划的，总机关设在上海法租界霞飞路渔阳里五号，以蒋中正、吴忠信、杨庶堪等分任军事、财政、总务之责。
12月3日袁世凯欲运兵南下，命肇和舰于6日开赴广东。革命党认为肇和舰已运动成熟，如果听任其离去太可惜了，陈其美征得肇和舰长黄鸣球及舰上练习生陈可钧等的同意后，定于12月5日起义。由杨虎率领一部分同志占领肇和舰，猛轰制造局；由孙祥夫率一部分同志占领应瑞、通济两舰，为肇和舰做后援；制造局及城内一部分联络成熟的军警，立即响应。他们推选陈其美为淞沪司令长官，吴忠信为参谋长。5日下午4时，杨虎率海军陆战队同志30余人乘小汽艇袭取肇和，陈可钧等在舰上响应，顺利占领肇和舰，立即向陆上攻击。不幸另一支由孙祥夫率领的同志，所乘小汽轮没有照会，被租界巡捕房干涉，无法开出，不能按照计划占领应瑞及通济两舰。因此肇和舰遂陷于孤立无援的境地。陆上同志听闻肇和舰的炮声，按照原计划分别向电报局、电话局、巡警总局、工程总局等机关进攻，陈其美偕蒋中正督战，但袁军炮火猛烈，革命军伤亡众多，海上、陆上都无后援，导致功败垂成。
肇和起义失败以后，陈其美、蒋介石等人逃往日本。1915年袁世凯图谋复辟，蔡锷在云南发动护国战争，陈其美便想回国参加讨袁运动。据说陈其美在东京准备回国时，袁世凯曾派人前往游说，声称只要陈其美不过问国内政治，使资助他五十万元赴欧美考察。陈其美对游说者说：“我个人不需要这么多的钱，我想要这笔钱，无非是为了国家。一次付清，可以用作革命经费。”游说者说：“你错了，这笔钱不是想让你拿去革命，而是让你不要革命了。你如果拒绝了，那袁世凯就要把这笔款用于杀你。”
陈其美断然拒绝，坚持不接受这笔钱。回到上海后，袁世凯又许以重金，要陈其美离开上海，又被陈其美拒绝。袁世凯洪宪称帝后，东南方面最不放心的就是陈其美，因为陈其美在上海有实力有基础，又富于组织能力，号召声势并不下于蔡锷。自从蔡锷和唐继尧在云南起义后，袁所最担心的，就是陈其美回到上海响应。如果东南和西南联为一气，大局就要拱手相让了。为了保全东南，袁世凯势必要除掉陈其美。
陈其美在上海遇刺，是民初继宋教仁被刺后第二件革命党人被暗杀事件。这起刺杀案和袁世凯、冯国璋、张宗昌都有关系，不过这个案子没有像宋教仁被刺案那么有声有色。这件暗杀案是张宗昌奉袁世凯密令所主持的。
张宗昌是山东掖县人，家贫失学，父亲早亡，张宗昌因孤儿身份沦为市井无赖。18岁时前往东北，先在抚顺挖煤，后来去哈尔滨为赌场守卫，再后来来到海参崴当了胡匪，因为体格高大，膂力过大，擅长枪法，精于骑射，又天生一副绿林豪使的个性，交朋结友，挥金如土，所以很能得到当地流氓地痞的拥戴。
辛亥革命爆发时，黄兴派李徵五到东北去招兵。张宗昌的同乡王栋，平时喜欢看《三国演义》和《水浒》，也爱把这些故事讲给张听，张宗昌颇受影响。这时王栋听说李徵五是代表革命党来招兵买马的，便私下和张宗昌商量，让他投效革命。张宗昌当年根本也不清楚革命军是什么内容，不过知道革命是造反，又听说黄兴招兵买马，能号召一营人就可以当管带，在当时张宗昌看来，一个管带实在是很大的官儿了，因此他就和把兄弟们一说，大家都愿追随他。他便公然号召了一两千人，前往投奔李徵五，被编为管带，取道上海。这时上海已经光复，陈其美出任沪军都督，张宗昌部被编为骑兵团。二次革命后，黄兴离开南京，张宗昌无所适从，于是投靠江苏督军冯国璋，冯国璋派任张宗昌为副官长。
南京浦口的商埠筹备督办蔡某是袁世凯的心腹，袁志凯命蔡某物色一个可靠的人筹划暗杀陈其美的工作。蔡某和张宗昌是赌友，相知颇深。有一天，蔡某约张宗昌打牌，张宗昌赴约后只见蔡某独自一人，感到很奇怪。蔡某小心翼翼地把张宗昌引进内室，郑重地问他有没有胆子替袁世凯干一件重要的工作。张宗昌这时正屈居冯国璋部副官长之职，颇不得意，正想往上爬，一听到袁世凯有密令，立即答应下来。
袁世凯称帝后，冯国璋早就离心离德，但冯国璋要巩固东南，陈其美是他最大的威胁力量，因此冯国璋要除陈其美的立场和袁世凯是一致的。所以冯国璋听闻部下张宗昌奉袁世凯命刺杀陈其美的消息时，也表支持。
于是暗杀计�