陳炯明叛變後，北伐軍回師，11年7月9日，先頭部隊與叛軍開始接觸，展開激戰。10日三路北伐軍均與叛軍接觸。叛軍自佔領韶關後，前進部隊僅至大橋為止。以韶關及芙蓉山，帽子峰及河東蓮花山一帶高山之險要形勢為防線，修築堅固工事，佈滿鐵絲網，以抗回師的北伐軍。雙方接觸後，右翼滇軍佔領白虎坳、黃岡嶺、雞公嶺等要地，迫近韶關外之帽子峰；中路李福林部迫近流塘、下長壩一帶，向高地之陳軍施行攻擊；左翼許崇智部孫旅迫近東錫窟前背一帶。
許崇智部第九旅黃國華及何梓林兩部，連占魯溪、壩子圩等處，19日佔領獅子嶺及翁源城。叛軍方面急調援軍支持，因有粵漢路運輸之便，增授迅速，而北伐軍則水陸交通均形不便，翁源失守。20日許軍張民達苦戰再度收復翁源，但又失守。24日黃大偉部集中始興，到達翁源前線，三度攻克翁源。火山方面戰事亦極激烈，北伐軍久戰疲勞，前線頗有動搖之勢，許崇智親自進駐火山。24日北伐軍猛烈攻擊，大破叛軍，叛軍全線向大塘韶關方面總退卻。北伐軍乘勢追擊。27日許部左翼進佔蓮花山陣地向韶關車站猛攻，陸旅向馬壩方面進攻，另一支進佔大塘、羌在街之線。湘軍第七混成旅旅長陳嘉-馳援，助攻叛軍。
正當回師的北伐軍節節勝利時，由贛返粵之第一師梁鴻楷部陳修爵團突投效叛軍，由馬壩向北伐軍左翼陸旅進攻，陸旅久戰兵疲，不能支持，首先退卻，於是牽動全線。各部遂總退卻。
29日韶關方面之北伐軍失利，翁源方面亦被叛軍擊破，全線搖動。湘軍陳嘉-所部三旅，一旅在火山，其餘兩旅在周田、仁化尚未加入陣線，亦連帶退卻。30日各軍退至始興縣屬之江口，才收容部隊，重加整頓。叛軍追擊至長岡、水南、水口等處。北伐軍獲知翁源方面亦告失敗，於是自江口退卻。8月3日退至贛邊的南雄，第九旅黃部退至虔南，贛軍賴世璜部退至信豐，李明揚部退大庾，李福林部一支退仁化，一支退南雄，滇軍朱培德部、湘軍陳嘉-部因為河川阻隔退南雄不易，向湘桂邊境退卻。當時李烈鈞在南雄，主張各軍全部退桂林，許崇智則因為在福建有延平王永泉的關係，以及多年和福建的歷史，主張退福建。結果分道揚鑣，許崇智軍、李福林軍及黃大偉部偕同退福建，李烈鈞之贛軍、朱培德之滇軍、陳嘉-之湘軍退往湘邊，李烈鈞則赴上海養病。
8月4日南雄為叛軍所佔，6日北伐軍退至龍南、會昌、瑞金，轉出福建。
回師討逆的北伐軍全盤失敗後，對於在白鵝潭堅守待援的孫中山自然是一個嚴重的消息，因為這表示守株「無兔」了。孫中山在永豐艦上維繫軍心可資號召的希望斷絕了。因此隨侍孫左右的人都勸他速離廣州，別謀發展，而最重要的事是如何安置那些前線軍隊。孫認為一定要得到前方準確的情報，內心始安。
8月9日得悉陳炯明又有攻襲孫中山座艦的計劃，專攻永豐艦，並賄買海軍將士保持中立，還有一個陰謀是收買某一艦長，偽為抵抗，向沙面的外人住宅區發炮，這一來當然引起了國際交涉，嫁禍於孫。由於這些情報，大家認為孫不能再居永豐艦，使自己目標如此暴露。孫說：「我們可以派人通知各國領事，促請他們自衛，並且注意這些陰謀。鄭重告訴他們如果有這種行動，當由陳炯明負責。」
這時，南雄失守的消息傳到座艦，孫中山乃召集各艦艦長及重要幹部會議，大家認為：贛南失陷，南雄不保，前方腹背受敵，戰局當然惡化。總統株守省河，有害無益，還是離開這個困窘之地，別圖發展為上策。
孫接納了大家的建議，決定離開廣東去上海。派人通知各國領事。原訂計劃是乘搭商輪，但英國領事表示可派炮艦摩漢號護送去香港，乃改乘英艦。
8月9日下午3時45分，孫中山率蔣中正、陳策、黃惠龍等由永豐艦登英炮艦摩漢號，艦隊善後事宜委託秘書林直勉、參軍李章達代辦，加發所有官兵一月薪餉。
孫中山在英炮艦上與幕僚人員講述外交上應取的態度。當日下午4時摩漢號由廣州啟航，7時出虎門要塞。孫對左右感慨地說：「真沒有想到我和各位能夠脫險，還能到今天。今後只要一息尚存，此志不懈，民國責任仍在吾人身上，不可輕棄以負初心。」這天晚上孫意氣自若，與幕僚縱談時局至深夜2時才就寢。
8月10日上午6時抵香港，即轉搭俄國皇后號郵船去上海，香港政府派員照料一切。留港的國民黨員古應芬、謝持、汪兆銘、劉紀文等都登輪晉謁。正午12時郵船由香港啟碇出口駛滬。在郵船上孫中山曾糾正外人對廣州事變的影響，因外傳陳炯明叛變為「革命」，孫說：「革命與叛逆之名相反，革命為一莊嚴寶貴之名詞，革命有革命之主義，革命之精神與道德，法國革命之主義在自由，美國革命之主義在獨立，中國之革命在求實行三民主義。陳炯明此次叛亂，縱兵擾民，為禍國家，恰與革命之精神與道德成一反比例，而其主義則在盤踞與割據以逞一己之私，這不是革命而是叛逆。叛臣賊子，人人得而誅之，不能任其魚目混珠也。」
8月14日上午，俄國皇后號郵輪駛抵上海，孫中山在吳淞登陸，上海各團體代表鵠候岸邊歡迎者約數千人，極為熱烈。下午孫即召集同志討論國會與時局各問題。
15日孫中山發表護法宣言，全文如下：
「六年以來，國內戰爭，為護法與非法之爭。文不忍艱難創造之民國，隳於非法者之手，倡率同志，奮鬥不息。中間變故迭起，護法事業，蹉跎數載，未有成就，而民國政府，遂以虛懸。國會知非行權無以濟變，故開非常會議，以建立政府之大任，屬之於文。文為貫徹護法計，受而不辭。就職以來，激勵將士，出師北向，以與非法者戰。最近數月，贛中告捷，軍勢遠振，而北軍將士，復於此時為尊重護法之表示，文以為北軍將士有此表示，則可使分崩離析之局，歸於統一，故有六月六日之宣言，願與北軍將士提攜，以謀統一之進行。不圖六月十六日，護法首都，突遭兵變，政府毀於炮火，國會遂以流離，出征諸軍，遠在贛中，文僅率軍艦，倉卒應變，而陸地為變兵所據，四面環攻，益以炮壘水雷，進襲不已。文受國會付託之重，護法責任，繫於一身，決不屈暴力，以失所守。故冒險犯難，孤力堅持，至於兩月之久，變兵卒不得逞。而軍艦力竭，株守省河，於事無濟，故以靖亂之任，付之各處援師，而自來上海，與國人共謀統一之進行。回念兩月以來，文武將佐，相從患難，死傷枕藉。故外交總長伍廷芳，為國元老，憂勞之餘，竟以身殉，尤深愴惻！文之不德，統馭無方，以至變生肘腋，咎無可辭。自兵變以後，已不能行使職權，當向國會辭職，而國會流離顛沛之餘，未能集會，無從提出。至於此次兵變，文實不知其所由起。據兵變主謀陳炯明及諸從亂者所稱說，其辭皆支離不可究詰。謂護法告成，文當下野耶？六月六日文對於統一計劃，已有宣言，為天下所共見。文受國會付託之重，雖北軍將士有尊重護法之表示，猶必當審察其是非與誠偽，為國家謀長治久安之道，豈有率爾棄職而去之理？陳炯明於政府中為內務總長，陸軍總長，至兵變時，猶為陸軍總長，果有請文下野之意，何妨建議，建議無效，與文脫離，猶將諒之。乃兵變以前，默無所言，事後始為此說，其為飾詞，肺肝如見。按當日事實，陳炯明於六月十五日，已出次石龍，嗾使第二師於昏夜發難，槍擊不已，繼以發炮，繼以縱火，務使政府成為煨燼，而置文於死地。蓋第二師士兵，皆為湘籍，其所深疾，果使謀殺事成，即將歸罪，以自掩其謀，而兼去其患。乃文能出險，不如所期。始造為請文下野之言。觀其於文在軍艦時，所上手書，稱大總統如故，可證其欲蓋彌彰已！謂陳炯明以免職而修怨，葉舉等以飭回防地而謀生變耶？無論以怨望而謀不軌、皆為法所不容，即以事實言之，文於昨年十月，率師次於桂林，屬陳炯明以後方接濟之任。陳炯明不惟斷絕接濟，且從而阻撓。文待至四月之杪，始不得已改道出師，於陳炯明呈請辭職之時，猶念其前勞，不忍暴其罪狀，仍留陸軍總長之任，慰勉有加，待之豈雲過苛？葉舉等所部，已指定肇、陽、羅、高、雷、欽、廉，梧州、鬱林一帶為其防地，乃輒率所部，進駐省垣，騷擾萬狀。前敵軍心，因以搖動，飭之回防，詎雲激變？可知凡此種種，亦非本懷，徒以平日處心積慮，惟知割據以便私圖，於國事非其所恤，故始而阻撓出師，終而陰謀盤據，不惜倒行逆施，以求一逞。誠所謂苟患失之，無所不至者。且即使陳炯明之對於文積不能平，至於倒戈，則所欲得而甘心者，文一人之生命而已，而人民何與？乃自六月十六日以後，縱兵淫掠，使廣州省會人民之生命財產，悉受蹂躪，至今不戢。且縱其凶鋒，及於北江各處，近省各縣，所至洗劫一空。人民何辜，遭此荼毒！言之痛心。向來不法軍隊，於攻城得地之後，為暴於一時，已犯天下之大不韙。今則肆虐亙於兩月。護法以來，各省雖有因不幸而遭兵燹，未有如廣東今日所處之酷者。北軍之加兵於西南，軍紀雖馳，有時猶識忌憚。龍濟光、陸榮廷駐軍廣東