民國11年6月13日，陳炯明的部隊在廣州白雲山一帶宣布戒嚴。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畫叛變，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，據云今夜消息險惡，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，如真明目張胆，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，陳炯明的叛軍已遍布全市斷絕交通，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，都被衛隊用手機關槍擊退，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，叛軍從後院沖入，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，恢複廣州，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，徑返廣州，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