认为如果得不到江浙响应事情终不能成。于是，他们决定派王文庆赴浙江省会杭州，章梓赴南京，柳承烈、张通典等赴江苏省会苏州。李燮和、伊锐志等在上海招募敢死队，组织光复军，争取上海的巡防营。吴淞、闸北军警上层人物中有不少是湖南人，李燮和利用老乡关系，拉拢了吴淞巡官黄汉湘，通过黄汉湘与闸北警备队队长陈汉钦等人建立联系，运动起义。
同盟会会员陈其美、宋教仁、范鸿仙、沈缦云、叶惠均等，在民立报馆举行秘密会议，决定以联络商团，媾通士绅，为上海起义工作之重心；利用《民立报》，宣传革命胜利消息，激励民气。
沈缦云介绍全国商团联合会会长李平书与陈其美见面，结为莫逆之交。同盟会与商团联络渐次成熟。
商团加紧起义准备，11月1日，上海各商团在九亩地举行检阅。刚从湖北归来的新军第9镇马标1营管带、李平书的族侄李英石担任检阅官，并被推为上海商团总司令。
11月2日，陈其美、李燮和代表同盟会和光复会在民声报密议共同行动问题，决定次日午后4时，命令各路军警易帜，宣告独立。
当晚，同盟会和光复会分别部署起义。陈其美同李平书在城自治公所召集会议，宣布次日起义，他们的行动目标是控制南市和江南制造局。李燮和也在光复会部署起义，给光复军发了白旗，派人到闸北和吴淞通知起义时间。
3日上午10时，闸北革命力量出人意料地提前行动起来。上海巡警总局设在闸北。巡警道汪瑞闿和巡警总局总办姚捷勋，在武昌起义后防范很严，对警士亦很注意，平日发出的子弹，除每枪限留五粒外，多者悉令上缴，运存缉私营所属海豹兵舰，以防不测。但他们对警备队队长陈汉钦仍很信任，提升他为警备营管带。陈汉钦早已同李燮和及其光复会建立了联系，被推为闸北巡警起义的总指挥。陈汉钦便于这天上午10时，鸣枪为号，发动巡警起义，攻击巡警总局，汪、姚两人逃入租界。下午3时，起义者占领巡警总局，高悬白旗，宣布闸北独立。巡士均袖缠白布，商店闻风，争先闭市，民军立即晓谕，照常贸易，无庸恐怖。
闸北起义发动，商业体操会商团代司令朱少沂、总教练沈鹏也在南市发动。上海道台刘燕翼听到革命党人起义消息，携带关防，逃入租界。刘燕翼一逃，道台衙门群龙无首，毫无抵抗。起义军随即将道台衙门付诸一炬。大街小巷贴出李书平署名的安民告示。
陈其美等在西门外斜桥西园，召集同盟会重要人物举行会议，通知所部齐集进攻制造局。
商团和新成立的敢死队午后在南市九亩地集合。敢死队队长张承槱是上海中国公学学生，和于右任有师生之谊，他因偶然机会，结识了一批上海的青红帮分子刘福标、田鑫山等，号称有3000人，原准备赴武汉参加作战。于右任得知后，对张承说，既然有如此多人，何必往武汉，就在上海动手亦可，于是，刘福标决定将他所有弟兄300余人交给张承槱，成立敢死队。
陈其美率敢死队百人和商团数百人，均袖扎白巾，于下午5时向江南制造局发起进攻。
制造局东、南两面临黄浦江，只有北、西两面是陆地，制造局四角围墙上设有炮楼，大门前是一条长巷，门口安置重机枪守卫。制造局总办张士珩是洋务派首领李鸿章的外甥，所部是安徽同乡300余人的卫队，武器弹药充足。他们利用有利地形，负隅顽抗。
起义军趁工人放工之际，一人持白旗，一人持红旗，率队冲向制造局，开放排枪，并放炸弹轰击，与制造局卫队相持一个多小时，起义军连放炸弹20余枚。商团武器稍为精良，敢死队只有手枪4枝，炸弹几十枚，另有几十把短刀和一些手雷，制造局卫兵用机枪猛烈扫射，敢死队难以接近，始退至局门，摇旗复战，敢死队几经冲锋，死伤已达50余人。
陈其美忽然站出来道：“我来说服守卫制造局的军队，可以不再流血。”他贸然只身闯入制造局，企图说服守军响应起义，结果被扣押起来，捆绑在办公厅前的柱子上。
进攻制造局失利和陈其美被扣消息传出，群情激愤。沈缦云、叶惠钧、王一亭和上海商团总司令李英石，集合商团1000余人。沈缦云、叶惠钧、王一亭3人向众人痛哭道：“愿众于此千钧一发之际，抱破釜沉舟之志，即夕奏功，则域中无数生灵，我团员数千家室得保安全。”
随即由李英石率领这支队伍向制造局出发。
4日凌晨3时开始，起义军向制造局发起多次进攻，仍以敢死队为前锋，同顽抗的制造局守军激战两个多小时，守军以机枪居高临下扫射，敢死队仰攻受挫。
制造局大门为铁制，背后又护以铜板，难以打开。商团团员、九亩地新舞台京剧武生演员潘月樵发现门侧有木制栅栏，可以火攻，但一时没有引火物，附近杂商铺店主自动捐助汽油十几斤，纵火焚烧。
商团团员许奇松等又从制造局炮兵营护墙沟内夺得钢炮一尊，对准大门轰击，守军开始陷入混乱。通宵酣战，直至黎明。
李燮和率领的吴淞，闸北起义军燮赶到，起义军声势更盛，张士珩在四面楚歌声中，率亲信数人狼狈逃离，搭乘事先停泊在黄浦江上的小火轮，退往法租界，制造局悬出白旗，商团、起义军警、敢死队一齐拥入。
李燮和等即将军火库内装箱待运南昌的步枪和弹药分发给起义人员，人手一枪。
寻觅被囚的陈其美不见，询问制造局投降人员，得知陈其美被囚在厕所旁边的一间储藏钢铁的小房间里。陈其美手足带镣铐，坐在一条凳上，发辫从新凿的壁孔穿过，吊在房外的铁钩上，头紧紧贴在板壁，他默然不动。同志们给他打开镣铐，放下发辫，他手脚麻木，不能走动。
拿下制造局，11月4日8时，上海光复。
6日下午，在小东门内大街海防厅署召开会议，推选军政府领导人员，五六十人参加会议，李平书主持。李平书、李英石、陈其美先后发言。推选开始，有人推举李英石为都督，有人推举陈其美为都督。跟随陈其美来会场的敢死队头目刘福标突然高举一颗手榴弹，大呼：“都督非选陈其美不可，否则我手榴弹一甩，大家同归于尽。”
李平书无法维持秩序，便宣布散会。
会议在混乱中无结果而散，后来经过各方协商，推举陈其美为都督。军政府各部长官是：司令部部长陈其美，副部长盛典型；参谋部部长黄郛，副部长刘基炎；军务部部长钮永建，副部长李英石；民政总长兼江南制造局总理李平书；财务部部长沈缦云；外交总长伍廷芳；交通部部长王一亭；海军部部长毛仲芳；顾问虞和德、沈思孚、姜国梁等。
李燮和在上海起义中也有很大功绩，因没得到沪军都督职，便另组吴淞军政分府，李燮和为都督，同时设光复军司令部于吴淞中国公学内。
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