叶挺率铁军部队开进南昌，受到各界群众的热烈欢迎。周恩来召集前敌委员会开会，宣布由周恩来、李立三、澎湃、恽代英等人组成前委，周恩来为书记，贺龙为总指挥，叶挺为前敌总指挥，刘伯承为参谋长，并确定了起义时间。叶挺制定了科学严密的军事计划。而中央代表张国焘以中央和共产国际名义“假传圣旨”，要求起义“推迟”。恽代英和谭平山等人激烈反对张的机会主义主张，关键时刻，前敌总指挥叶挺支持了周恩来等人的正确决策，武装起义按原计划进行。

1927年8月1日凌晨2时，南昌起义打响了武装暴动的第一枪。东方破晓，经过四小时激战，起义部队占领了南昌城，起义胜利。上午9时，起义领导人和各界代表在省政府西花厅召开联席会议，决定整编起义部队为三个军，叶挺任第十一军军长。成立临时革命政府“中国国民党革命委员会”，推举宋庆龄等25人为委员，并发表《八一宣言》。前敌总指挥叶挺发表《告二方面军同志书》，深刻揭露了国民党反动派叛变革命的罪行，产生了深渊的影响。

起义部队根据中央决定，离开南昌南下广东，以求得国际援助，准备发起第二次北伐。天气炎热，反动派军队围追堵截，加之蔡廷锴叛逃和三河坝错误分兵，起义部队逐渐陷入绝境。10月3日，身患疟疾重病的周恩来在流沙镇召开紧急会议，总结经验教训，决定部队分散突围，做长期斗争的准备。风高月黑，叶挺和聂荣臻护送周恩来乘小船渡海逃港，起义宣告失败。

叶挺回到家里，见到接别的娇妻和新生的儿子正大，百感交集，心情沉重，犹如笼中困兽，等待革命爆发的时机。