淞沪起义军事计划书》，提出首要目标是夺取肇和、应瑞、通济军舰，然后夺取江南制造局、警察局、电话局等，控制整个上海。
肇和等三舰停泊在黄埔江口，经过革命党人的动员，已将肇和舰上的士兵拉拢过来，其他两舰尚处于左右摇摆的境地。恰在此时，海军当局可能觉察动向，为防止事端，将肇和等舰调离上海。陈其美等见事不妙，再按部行事的话，会贻误战机，“兵贵神速”，遂决定提前起义。
12月5日，由杨虎等乘汽艇巧取肇和舰，并向制造局等开炮。但其他两舰被当局收买，阵前倒戈，向肇和舰发动攻击。陆地上，几路纵队进展也一再受阻。蒋介石参加了攻击警察局的行动，在闻得肇和舰的炮声响起后，冲人警察局，受到警方密集火力的狙击，只能退了下来。制造局处也因各部联络不周，行动不齐，兵败撤退。
当夜，陈其美和蒋介石躲在起义总部机关，正在商议应对措施，法租界当局的10余名巡捕找到了起义总部机关，破门而入。当时，陈果夫等人在楼下，立即遭到逮捕。陈其美、蒋介石等人在楼上，尚未察觉敌情，情况十分危急。
这时，陈果夫急中生智，故意大声抗辩：“你们为什么乱抓人？我们犯了什么罪？我要去告你们！”其他人心领意会，也随之大喊大叫。吵闹声传至楼上，陈其美、蒋介石立即意识到情况不妙，先后跳窗外逃，待巡捕制服陈果夫等人再上楼，已是人去楼空。陈其美、蒋介石起初想先逃入与机关总部毗邻的陈其美住宅，又怕目标太明显，万一侦探跟踪搜捕，仍将难逃魔爪。于是，他们迅即转移至新民里私宅躲藏，总算脱离了险境。
此次脱险，真是死里逃生。经过这一惊心动魄的波折，蒋介石竟大病一场。消息传至奉化，可急坏了蒋母王采玉，蒋母特地赶到上海探望，母子相见，凄欷万状。
肇和之役虽然失败，但在全国反袁斗争中造成了很大的影响。孙中山评价道：“肇和一役，事虽未集，然挽回民气，使由静而动，实为西南义军之先导。”1915年12月25日，蔡锷在云南组织“护国军”通电反袁，宣告独立。不久，贵州、广西、广东等地也先后独立。蒋介石当然备受鼓舞，决定再接再厉，发动起义，以做响应。随后，由日本人山田纯三郎出面，租得法租界的萨坡赛路14号寓所作为总机关部，策划起义。
经过陈其美、蒋介石几个月的努力，各方面联络都已就绪，决定于1916年4月12日午夜发难，约定以号炮为信号，届时陆海军同时响应。不料12日晚上突降大雨，无法点燃号炮，延至次日凌晨3时燃放时，因事先未经联络说明延期，陆海军无法响应。后13、14日晚上，又连续两次发动，均因仓促起事，事先联络不密，各方面缺乏密切配合，而使起义失败。
由于连续三次起义未成，许多同志都十分沮丧。这时杨虎自告奋勇要攻打江阴，说他与上海的下层社会和“附近各军驻地，均有联络”，而江阴要塞距上海最近，又居长江之口，“如能夺取，则大江南北，必为震动”。经过再三讨论，陈其美方才同意，并派蒋介石与杨虎一同前往。蒋介石和杨虎通过私人关系，首先联络了要塞的守军军官王连德等10余人，动员他们反正，王连德等人均表赞同。4月16日，蒋介石和杨虎一起率领革命党人李正秋等人奔赴江阴要塞。他们一到，王连德等即发动士兵起义，江阴要塞不战而克，守军旅长范根生闻风而逃，参谋长萧先礼举枪投诚，蒋介石和杨虎商定任命李正秋为要塞司令，江阴城宣告独立。
江阴要塞起义的消息传到北京，袁世凯十分震惊，即令江苏督军冯国璋和盘踞徐州的张勋，调集大军镇压。在大军压境的情况之下，萧先礼开始动摇，并接受了冯军的指令，在炮台举行的一次会议上，趁杨虎临时离席，只有蒋介石一人在场时，突然扣留了蒋介石。幸亏有两个士兵为他作向导，引导他逃出了炮台，遇上杨虎，与杨虎一道“绕道山后，抵江边搭船返沪”。江阴城区的革命军也遭到冯国璋部重兵和海军的夹击，“死伤数十人而败退”，江阴独立仅仅5天后即告失败。
江阴要塞起义失败以后不久，1916年5月18日，陈其美被刺杀。上海的革命党人失去了一位主脑人物，革命活动一时处于停顿状态。孙中山鉴于上海的革命活动一时难以发动，同时在山东讨袁的中华革命军东北军，“由于袁世凯之死，早已趋于解体”状态，乃任命蒋介石为东北军参谋处长，协助参谋长兼代理总司令许崇智整顿军队。
7月31日，蒋介石在许崇智的陪同下抵达东北军总司令部的。蒋介石一到东北军总部便发现东北军存在许多问题，首先是总司令部机构不健全，其次是规章制度不健全，部队显得十分混乱，再有部队军纪很差，便着手整顿。
但蒋介石的这些整顿措施，只停留在向部队发布一些条令的水平上，并没有认真加以落实，实际上都成为一纸空文，而且，他对部属的态度也很粗暴，喜欢和人争吵，到部队不几天，即与好几个同事闹过了。中下级军官纷纷反映，说他刚愎自用，太不和气，作威作福，目中无