1927年7月27日，周恩来到达南昌，叶、贺部队也先后到达。当天，以周恩来为书记，谭平山、李立三、恽代英、彭湃为委员的前敌委员会在南昌江西大旅社正式成立。任命贺龙为起义军代总指挥，叶挺为起义军前敌总指挥，刘伯承任参谋长，并决定7月30日晚举行武装起义。
后由于张国焘的阻挠，起义时间推迟到8月1日凌晨4时。正当起义部队按预定计划加紧准备的关键时刻，参加起义的第二十军第一团一个姓赵的副营长叛变投敌，前委遂决定将起义时间提前2小时。8月1日凌晨2时，以周恩来为首的前敌委员会和贺龙、叶挺、朱德、刘伯承等领导的北伐部队二万余人，在南昌举行武装起义。经四个多小时的激战，全歼南昌城内的国民党武装力量一万余人，占领了南昌城。8月1日上午，在江西省政府西花厅召开由起义领导人以及各省市和海外华侨代表40余人参加的联席会议，选举产生了邓演达等25人组成中国国民党革命委员会，谭平山任主席。大革命时期曾任国民党中央委员的15名共产党员和7名国民党员以国民党中央委员名义发表“中央委员宣言”，揭露武汉的汪精卫和南京的蒋介石国民党政府屠杀工农、背叛孙中山的三民主义的罪行，号召继续为反帝与解决土地问题而奋斗。
起义部队仍沿用国民革命军第二方面军的番号，由贺龙代理总指挥，叶挺代理前敌总指挥，刘伯承任参谋长。下辖三个军：第二十军军长由贺龙兼，党代表廖乾吾；第十一军军长由叶挺兼，党代表聂荣臻；第九军副军长由朱德担任，党代表朱克靖。南昌起义胜利后，前敌委员会决定立即撤离南昌，按原计划南下广东建立革命根据地。8月3日至5日起义军分批撤离南昌，南下向东江进发，力图以东江为基地，依靠海口取得国际援助，重新北伐。南下部队沿途打了不少胜仗，但由于没能与当地农民运动相结合，孤军奋战，特别是三河坝分兵后，部队兵力分散，不能有效地集中兵力歼灭敌人。
1927年9月下旬，起义军在潮汕地区，遭强敌围攻，寡不敌众而失败，一部分撤至海陆丰，与彭湃领导的农军会合；一部分在朱德、陈毅率领下转入湘南，与当地农民自卫军结合，坚持开展游击战争。
南昌起义打响了武装反抗国民党反动派的第一枪，揭开了中国共产党独立领导武装斗争和创建革命军队的序幕。
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