民國11年6月13日，陳炯明的部隊在廣州白雲山一帶宣佈戒嚴。葉舉等紛紛由東江回到廣州。14日陳系的人在葉舉的總指揮部舉行秘密會議。15日孫中山派往惠州迎接陳炯明的廖仲愷在石龍被扣，局勢陷入了最緊張危急的關頭。
據說陳炯明、葉舉等曾在石龍開秘密會議計劃叛變，當時討論到進行的程序，曾問各將領由誰擔任發難，與會的各將領都默不作答。陳說：「誰先發難，就是首功！」可是仍沒有應者。
最後陳炯明決定以湘軍洪兆麟部擔任先行發難部隊。為什麼陳要選擇洪兆麟部呢？這也是陳的陰謀。原來洪兆麟的李雲復師第二旅駐紮觀音山後，正好就近擔任圍攻總統府，「陳家軍」則巡查街道或把守要隘，陳本人則事變之日在石龍坐待消息，如果湘軍進攻總統府，孫中山不幸遇害，陳即進入廣州，為孫舉哀，痛哭流涕，把殺害總統的罪名全加於洪兆麟、李雲復和湖南士兵身上，執殺洪、李及湘籍軍官以謝天下，並將這支湖南客軍以大逆不道罪名解散。由於洪兆麟向來對陳炯明很跋扈，陳早就想對付洪，現在借洪、李以害孫中山，然後以叛逆罪名除洪、李，正是借刀殺人的如意算盤。
6月15日夜10時，孫中山在總統府內批閱公文，忽然有一通電話來報告情況，據稱今夜粵軍將有行動，務請總統離開總統府。由於這是一通匿名電話，孫中山認為是謠言或陳系軍人故意威脅，所以不予採信。到了午夜12時後，秘書林直勉、參軍林樹巍前後奔來總統府報告，據雲今夜消息險惡，請總統離府暫避。孫不肯，認為陳炯明雖然惡劣，總不至於敢冒天下之大惡而叛變，即使有不軌打算，其部下皆與我久共患難，素有感情，且不乏明理之人，未必助紂為虐，受其愚弄。但林直勉認為粵軍蠻橫，不可以常理度之，如果真不利於總統，將如之何？孫說：「我在廣州之警衛軍既然已經全部撤赴韶關，即表示對陳無敵意，陳果不利於我，亦不必出之叛變，如真明目張膽，作亂謀叛，則為叛徒賊子，人人得而誅之。我身為總統，不能不重職守，如果臨時退縮，屈服於暴力之下，豈不貽笑中外，污辱民國，輕棄人民之付託。」林等見孫中山義正詞嚴，態度堅決，不敢強勸，乃即辭去。
林等去後，各處電話報告均謂粵軍將有行動，務請總統遠離，孫中山仍不信。到了午夜2時許，有一位忠於孫的陳系軍官自軍中潛出，到總統府密報，稱粵軍各營提前早餐，約定立即叛亂。並備現金20萬元以為謀害孫中山的賞金，且約定事成之後各營放假三日。孫中山還是不予置信。
孫中山以誠待人，以信示天下，所以陳炯明叛變的當晚，雖然各方都奔走來告消息不穩，可是，孫中山全不置信。就在這天午夜時候，忽然響起了尖厲的號聲，接著到處號聲齊鳴，於是「陳家軍」叛變消息證實了，這時已是午夜3時多。孫中山左右力勸孫中山暫離公府以避叛軍。雖在這緊急當口，孫中山卻是臨危不亂，鎮定異常，以堅決的口吻對左右說：「競存果然謀逆作亂，則戡亂平逆正是我的責任，我怎可放棄職守，逃避責任。萬一力不從心，只有一死殉國，以謝國民。」秘書林直勉、參軍林樹巍等見孫很固執，乃用手強挽孫中山出離總統府。
這時，總統府附近已由粵軍布哨，不能自由通行，林直勉等曾被叛軍步哨盤詰了好幾次，都僥倖通過。行至財政廳門前，遇叛軍大隊由東而來，眾人因被盤問不能通過，可是孫中山卻單身雜在叛軍中向前行走，從容不迫，履險如夷。在深夜中，叛軍看不清孫的真面目，以為是自己隊伍中人，所以毫不疑心，到了永漢馬路口，方才出險，便走入長堤海珠的海軍總司令部。
海軍總司令溫樹德已獲知粵軍叛變，現在聽說總統微服抵達，真是喜出望外。孫見到溫，態度依然從容，只說我們先上軍艦去吧。於是溫樹德乃率領高級海軍幕僚侍從孫同登楚豫艦，並立即召集各艦艦長前來商量應變戡亂之策。
廣州市內，16日上午3時後，陳炯明的叛軍已遍佈全市斷絕交通，並進佔各機關，洪兆麟率領其部屬於拂曉時圍攻總統府，總統府中只有衛士50餘人，在觀音山粵秀樓附近防禦，與叛軍對抗，叛軍先後十餘次衝鋒，都被衛隊用手機關鎗擊退，死傷數目約在三四百人以上，叛軍見步兵衝鋒無效，乃用炮射擊總統府。叛軍以為孫中山還在粵秀樓，所以又用煤油澆燒粵秀樓的棧橋，杜絕出路。
保衛總統府的警衛團長陳可鈺、衛士隊長兼參軍姚觀順守文瀾閣，侍衛副官黃惠龍守正門，副官馬湘守橫門，副官陳喧守天橋，偵緝員陳龍韜、衛士馮俊、黃森、陳海廷、李東興等守粵秀樓。由於眾寡不敵，援絕彈盡，相持至16日上午12時，陳喧率衛隊十餘名由正門衝出，被擊回，改裝得脫；姚觀順、黃惠龍、馬湘護送孫夫人，姚中彈傷腿，四人乃避入總統府後院，叛軍從後院衝入，搶奪衣物，馬湘、黃惠龍乘叛軍搶劫之時，夾持孫夫人從第一公園小巷，往長洲要塞司令馬伯麟宅寄宿。姚觀順負傷後，由衛隊背負出險，陳喧等走東山總統法律顧問那文宅，由那文用美國小電船送至孫中山座艦。
總統府衛士以少敵眾，苦戰十餘小時，傷亡三分之一，而叛軍則陣亡300以上，消息傳出後震動中外。孫後來頒獎衛士訓詞云：
「革命軍的力量，是和別種軍隊不同的，必要能以一當十，才算合格，用幾百人可以敵幾千人，那才算是本事。如果不能，便是大恥辱，便不算得是革命軍。觀音山的衛士便是以一當百的革命軍，我理想中的革命軍，只有他們足以當之。這種奮鬥的精神，實在不可磨滅。」
叛軍是有傷害孫中山決心的，有一股叛軍專門伏伺於觀音山附近民房中，準備等候孫乘汽車離開粵秀樓的總統府時，即向孫座車集中攻擊。他們認為孫如果出來，必然乘坐汽車，沒有想到孫中山卻是步行，而且夾在叛軍隊伍中步行出險。
16日晨外交部長伍廷芳和衛戍司令魏邦平登楚豫艦晉謁孫中山，孫令魏邦平所部集中大沙頭策應海軍，恢復廣州，並告伍廷芳說：「今天我要率艦隊擊破逆軍，戡平叛亂。否則中外人士一定認為我沒有戡亂的能力，並且不知道我在何處。如果我潛伏黃埔，僅僅為了個人避難偷生，我將何以昭示中外？」伍廷芳表示贊同，於是辭離孫中山，逕返廣州，通告各國駐粵領事嚴守中立。
當天下午，孫中山親率海軍艦隊永豐、永翔、楚豫、豫章、同安、廣玉、寶璧七艦由黃埔出動，經東歪炮台，駛至白鵝潭，發炮向大沙頭、白雲山、沙河、觀音山、五層樓等處叛軍射擊。下午5時，復沿長堤向東遊行，沿途發炮，擊斃叛軍數百人，其餘則聞風而逃。由於魏邦平所部旅長陳章甫受叛軍運動，未能如期策應，遂失規復良機，努力白費，各艦乃經「中流砥柱」炮台駛回黃埔。
海軍攻勢停頓後，叛軍散而復聚，乘機大搶東鬼基、東市街、小東門、社仁坊、廣仁路等處。商店居民被劫一空，國會議員悉數被逐，行李被搶。
黃埔成為孫中山的行轅所在，海軍勢力完全歸服，不過虎門要塞落入叛軍手中，但長洲要塞司令馬伯麟率海軍陸戰隊與艦隊成犄角，使叛軍不能陳兵北江，阻礙北伐軍之返旆。
陳炯明見海軍完全擁護孫中山，於是便想收買海軍，可是海軍上下一心一德擁護孫中山，不為利誘。
6月19日孫中山以手書致北伐軍李烈鈞、許崇智、朱培德、彭程萬、黃大偉、李福林、梁鴻楷等，令李等迅速率軍回粵戡亂，中有：「堅守待援，以圖海陸夾攻，殲此叛逆，以彰法典」等語。
23日孫中山由楚豫艦遷於永豐艦。外交部長兼廣東省長伍廷芳以耄耋之年，痛恨陳炯明的叛變，使北伐事業功虧一簣，護法大計功敗垂成，因之悲憤成疾。18日陳炯明曾有書致伍廷芳，轉請孫中山下野，詞極悖逆，有「非常國會擅選總統，惡例一開，亂且及於百世」。伍置之不理，病重時家人送至廣州省立醫院，乃以高齡勞瘁，回天無術，終於不治逝世，享年81歲，彌留時猶訓其哲嗣朝樞以護法本末昭示國人，沒有一字一句語及家事。這位廣東新會老外交家，在清末就曾奉派出使美、日、秘魯、墨西哥、古巴諸國。辛亥年伍在上海倡議清帝退位。護法政府成立後一直是孫中山左右最重要的一分子。
孫中山在永豐艦上聞知伍廷芳噩耗，悲悼萬分，海軍將士尤為哀慟，孫溫語撫慰海軍云：
「今日伍總長之歿，無異代我先死，亦即代諸君而死，為伍總長個人計，誠死得其所；惟元老凋謝，此後共謀國事，同德一心，恐無如伍總長其人矣。唯全軍唯有奮勇殺賊，繼成其志，使其瞑目於九泉之下，以盡後死者之責而已。」
陳炯明收買海軍不成，乃派鍾惺可持書登永豐艦，請求講和，函云：
「大總統鈞鑒：國事至此，痛心何極，炯雖下野，萬難辭咎，自十六日奉到鈞諭，而省變已作，挽救無及矣。連日焦思苦慮，不得其道而行。惟念十年患難相從，此心未敢絲毫有負鈞座，不圖兵柄現已解除，而事變之來，仍集一身，處境至此，亦云苦矣。現惟懇請開示一途，俾能遵行，庶北征部隊，免至相戕，保全人道，以召天和。國難方殷，此後圖報，為日正長也。」
孫中山蒙難後，即於18日密電寧波，敦促蔣中正來粵赴難，拍電用其次子緯國的名字以保密。20日。蔣中正貽書張人傑，托以後事，急速登程。25日離滬，29日抵穗，謁孫於永豐艦，談各方情況至夜分始畢。陳炯明聞蔣中正南來，驚惶失措。汪兆銘7月1日致蔣中正書中曾云：「……陳聞兄來，面色發青，說：他在先生身邊，必定出許多鬼主意。」
18日上海黨員張繼、楊庶堪、柏文蔚、黃復生等160人聯名通電，痛責陳炯明昧於恩義，甘為叛徒，促其幡然悔悟，討賊自效。陳炯明置之不理。
在江西前線北伐的各軍，從6月20日後，即不斷接獲孫中山蒙難消息。23日接南雄電，知叛將翁式亮、楊坤如部已經佔領韶關，追擊大本營的人員，迫近始興。文官長胡漢民已離韶關，前線總部召開軍事會議，會中有兩派主張：一派主張仍繼續前進，先克南昌、九江，再行應付粵事；一派主張立即回粵，助孫中山平亂。27日胡漢民馳至贛州，報告廣州變亂情形，軍心為之激昂。當晚再開會議，許崇智、李福林、朱培德即決議旋師討賊，議定以粵軍第二軍、滇軍（朱培德部）、福軍（李福林部）及粵軍第一師（梁鴻楷）回粵，分由大庾，信豐向粵境南雄前進。其他各軍則暫駐贛境，李烈鈞留守贛南，以為後方屏蔽。回師行動開始，不料粵軍第一師梁鴻楷抵達信豐，竟不依照原訂計劃，連夜向三南方面退入連平，潛歸惠州，與陳炯明會合。第一師是鄧鏗所手創，北伐入贛後和許崇智等部共同作戰，頗有戰功，不料陳炯明叛變後，始而躊躇不決，繼而甘心從逆，鄧鏗地下有知，真是死不瞑目。
梁鴻楷投逆後，胡漢民主張尾追，先肅清東江。許崇智則主張徑向韶關回師，因已約定滇軍為右翼，許軍與福軍擔當正面合攻韶關，經東江至廣州路遠，孫中山困處兵艦上應急赴援為宜。如果徑追梁軍，福軍獨任回師之責恐力不能勝，而滇軍因不知究竟，易啟疑竇。
胡漢民同意許崇智主張，決定向韶關進兵。
7月2日北伐軍許崇智、李福林、朱培德、黃大偉諸部皆入粵境，自南雄、始興直指韶州，決定攻韶計劃：
（一）以滇軍朱培德全部由江口渡河經仁化向韶州進攻。
（二）以李福林全部沿河左岸，經周田大橋、長壩、黃浪水向韶州進攻。
（三）以第二軍之許濟、孫本戎、謝宣威等由火山、大塘方面向韶州進攻。
其他部隊為預備隊，另以第九旅黃國華部由三南方面還攻翁源。並同立誓約，約詞：「三軍一致，誓同生死，擁護孫大總統，平定粵省之亂，如有異心，天誅地滅。」
許崇智自南雄馳電給孫中山：
「陳逆叛變，圍攻公府，令人切齒痛恨。北伐各軍業已集中南雄，指日進攻韶關，誓必討平叛逆。朱總司令所部滇軍尤為奮勇，業已開拔前進，想叛軍不足當其一擊也。」
許崇智電報到孫中山手中時，海軍方面卻又有不穩的消息。
由於陳炯明傾全力收買海軍，海軍司令溫樹德為何某所挾制，態度趨於曖昧。各艦長有移往西江之意。早在6月2日，孫曾召集海軍各艦長訓話，說明堅守黃埔，艦隊不可移動的理由：西江水淺，如各艦移往，則三大艦仍需留黃埔，如此則海軍分而力弱。何況黃埔地位重要，是廣州的咽喉，又有長洲要塞，其價值較西江為重要。如果大本營一離黃埔，則長洲要塞就可能守不住，廣州水陸形勢全入叛軍之手；海軍一往西江，重來廣州較難，如果北伐軍回粵，就無法收水陸夾攻之效，因此以不動為宜，堅持以待北伐軍來援。
7月5日陳炯明再遣鍾惺可登永豐艦謁孫中山，孫對鍾義正詞嚴地說：「陳明對我只有悔過自首，才可以言求和，因為他是犯上作亂，對亂臣賊子怎有言和可言。」
陳炯明第一次派鍾惺可來求和時，是7月1日，當時魏邦平也登艦謁見孫中山，請示可否讓他調解，孫責魏以大義，勉其效陸秀夫而以文天祥自待。孫說：「宋亡還有文天祥、陸秀夫，明亡亦有史可法。我們今天遭遇叛亂，如果沒有文天祥、史可法，則何以對民國已死無數之同志？」鍾惺可第二次登艦時，魏邦平也派人隨同前來，請示願任調停之責，其辦法為：（一）陳軍退出廣州城；（二）恢復政府；（三）北伐軍停止南下。
其實魏邦平所提三點，陳炯明並未答應，陳的求和只是緩兵之計，一方面向孫中山求和，一方面全力收買海軍，海圻、海琛、肇和三大艦均被收買，打算逕自脫離孫指揮，駛離黃埔，任由魚珠、牛山的叛軍炮台轟擊其餘各艦。
7月8日三大艦叛離圖遁的消息經已證實，孫中山乃決心將各艦移駐長洲要塞後方之新造村一帶，免被叛軍封鎖。
當晚11時，海圻、海琛、肇和三大艦升火起錨，離黃浦外駛，孫中山乃下令其餘各艦自黃埔上駛，經海心岡駛往新造村附近，掩護長洲要塞，以防魚珠叛軍襲擊。
由於海軍三艦退出，戰鬥實力減弱，孫中山乃決心守衛長洲要塞。9日下午1時，魚珠炮台的叛軍鍾景棠部渡河襲擊長洲。要塞司令馬伯麟部開槍應敵，叛軍死傷甚眾。可是海軍陸戰隊孫祥夫部叛降陳軍，反戈相向，引敵登陸，長洲要塞遂告失守。海上各艦在望遠鏡下看到，憤恨不已，即向魚珠叛軍轟擊，只以距離太遠不能收效。
馬伯麟退出長洲要塞，即登永豐艦向孫中山請罪，孫頗予優禮，同時下令各艦集中新造西方，收容要塞潰兵。孫主張在長洲要塞失守後，惟有進攻東歪炮台，以為海軍根據地。馬伯麟及部分海軍將領認為東歪炮台地形險隘，炮隊密佈，攻奪不易，就是想通過也很困難，所以大家仍主張把艦隊移到西江去活動。可是孫中山堅持原意說：「我們如往西江，必須經過中山、魚珠各炮台，何況三大叛艦駐守沙路港口，正監視我們各艦行動，就算我們能衝過中山、魚珠，三大叛艦也會阻擋我們，到那時豈不是進退兩難。所以我們唯有出擊東歪炮台，駛入省河，別無他途。」各艦長在孫指示下乃鼓勇駛入省河。
10日上午2時，孫中山率領永豐、楚豫、豫章、廣玉、寶壁等艦由海心岡駛至三江口，天色微明，各艦乃向東歪炮台叛軍陣地試射，叛軍還擊，一時炮聲隆隆。當時艦隊炮少，叛軍據有炮台形勝之地，佈置既密，大炮又多，因此各艦隻雖然發炮，卻彷徨不敢駛進。孫慷慨對各艦下令說：「民國存亡，在此一舉，今日之事，有進無退。」9時半孫先以座艦永豐艦率先前進，然後再命其他各艦隨後前進，向東歪炮台猛轟。豫章艦長歐陽格最告奮勇，攻擊甚為得力。不料艦隊剛到炮台附近，叛軍兩營野炮隊早已密佈兩岡，由四面八方發炮還擊，永豐艦中了六彈，船身震盪甚劇，其餘各艦亦均受傷。
孫中山在槍林彈雨中立於永豐艦的甲板上指揮若定。謝心准請孫入艙，孫不理，親自指揮艦上炮手開炮，艦上有多人受傷僕甲板上，血跡殷然，孫親扶傷者下艙，態度鎮定而從容。
7月10日孫中山率各艦冒槍林彈雨直入白鵝潭。永翔、同安二艦亦隨從來歸。當時廣州稅務司夏竹和英商惠爾來謁，夏竹先問：「總統是否來此避難？」孫說：「這是中國領土，我當然可以自由往來，你怎麼可以說我是避難？」夏說：「只因白鵝潭是通商港口，接近沙面，萬一戰事發生，恐怕牽及外國兵艦。不如請總統離粵，以使廣州商業不受影響。」孫聽了大為生氣，不過沒有流露出來，只是莊嚴地說：「這話不是你所應該說的，我生平只知道公理和正義，不畏強權，不服暴力，決不怕無理的干涉。」夏竹為之悚然。英商惠爾在旁聽了肅然起敬說：「總統真是中國的偉人，誰說中國沒有人才，我今天親見總統的大無畏精神，令人無限景仰。」兩人乃告辭而去。
接著海軍部長湯廷光來函，請求孫中山停戰，自己願負調停之責。孫乃立即復了一信云：「專制時代君主尚能死社稷，今日共和國家，總統死民國分所應爾。如叛徒果有悔過之心，則和平解決，吾亦所願也。」第二天孫正在慰勞海軍將士，忽接湯廷光送來議和條件，完全以敵體相待，並限於第二天12點為答覆期限。孫看了勃然震怒，即令秘書起草答覆，信內有云：「葉逆等如無悔過痛改之誠意，即如來函所云，准以明日十二時為限可也。」
19日孫中山再督軍艦猛攻前山炮台，予叛軍以打擊。
這時，由於孫所率軍艦駐節白鵝潭後，與外人之戰艦鱗次櫛比。陳炯明、葉舉等有投鼠忌器，勢難炮擊，生怕發炮不慎波及外人，惹出交涉。可是謀害孫之心並沒有稍戢，曾暗中和桂系周天祿商量，周天祿主張以水雷去襲擊孫的座艦，葉舉乃許周天祿，如果奇襲成功的話，即任命周為水警廳廳長。周於是赴廣南船澳和他的同事徐直等製造水雷，並教授徐直以施放水雷之法。於是徐直率同事三人攜同水雷，自駕小輪潛向白鵝潭進發，迨放置水雷後即遄返廣南船澳向周天祿覆命，大家以為計時可以成功，於是置酒猜拳，興高彩烈，以為永豐艦必被炸為齏粉。
19日10時，白鵝潭海面隆然一聲，水花怒放，可惜這個水雷系用白鐵火水罐，內貯炸藥15磅，炸力微弱，又值潮水漲滿，永豐艦移動，距爆炸處遠，故未擊中，徐直等復乘小輪往觀動靜，見永豐艦無恙，相顧失色，正擬轉舵圖脫，為乘電船來追之水兵捕獲，查出真相。由於白鵝潭內有英、美、日軍艦，叛軍亂放水雷足以威脅外艦安全，故各國領事向叛軍提出抗議，叛軍這項行動乃告中止。