作为敢死队队长，蒋介石全程参与了浙江起义计划的商议，最后把起义日期定在1912年11月3日至7日。11月1日这天，蒋介石返回上海向陈其美汇报，得到同意后次日带着武器、弹药、印信、旗帜返回杭州。
“我们的革命，孰胜孰败，并不能根据数字来决定，革命军应以一当百，我们这一百个人，能够和一万个敌人战斗。还有，时机也是得胜的重要因素。这个时机，现在掌握在我们手里。”
蒋介石在率领敢死队出发前，就在奉化会馆里，对以奉化栖凤帮的沈姓渔民为主体的100名敢死队员，用他那地道的奉化口音，作了简短、豪迈，而又很能鼓舞士气的战前动员。
他的这支敢死队，都是陈其美等人以招募铁路工人的名义暗中组织的。
就在敢死队出发的前夕，传来上海起义成功的消息。人心振奋，蒋介石抓住这难得的机遇，一马当先，率领敢死队由望江门进城，向督署发起猛攻。抚署卫队很快投降，巡抚增润从后墙逃出被抓获。5日，杭州宣告光复。
光复后的浙江，都督一职空缺，由谁来做？同为光复浙江的功臣——蒋介石与王金发等人都争着要做，甚至闹得使杭州局势出现危机。
这事当然得由陈其美来定，结果陈其美请出汤寿潜来出任浙江都督。王金发和蒋介石都很不服，找到陈其美，王金发首先提出质问：“汤寿潜是反对我们革命的，我们革命党为什么要推他出来当都督？”
陈其美听了，摆手示意怒气冲天的王金发先坐下，然后缓缓地说：“现在浙江刚收复，通过一番战乱，民心焕散，急需一个有威望的人来收服人心，巩固胜利。汤涛潜，正是最合适的人选。而我们现在还有许多大事要做，马上就要北伐，光复全国。到时候，我们都要到中央去做事，何必来计较地方一个都督呢？”
尽管陈其美说得入情入理，最后王金发还是未能被说服，临走前搁下句话说：“我是不怕死的，我要回浙江绍兴去反对汤寿潜！”
陈其美听了，再不言语，只冲着他的背影苦笑着摇摇头。
蒋介石本来也是满腔怒火，但在一旁听了陈其美的一番话后，怒气差不多全消了。在王金发走后，他一时竟不知说什么好，只是静静地坐在那儿。陈其美看了他一眼，很理解他此刻的心情，走到他跟前轻轻地说：
“介石，我已经给你想了又想，感觉你还是来掌握军队好。如果你愿意，就先来我的沪军做第一师副师长兼第一团团长。”
上海光复后，陈其美被推为上海军政府都督，他有权安排这样的职务。蒋介石听了，大喜过望。起身站在陈其美面前，低着头说：“谢谢你！”
“不要谢我，实话告诉你，这实际上是份苦差事。如今上海光复不久，沪军都督府也刚成立，江苏全境又还没有光复，政府经济十分拮据。在这种情况下，要你担起了编练军队的重任，却又不能给你许多钱，困难是可想而知的。”
蒋介石听了陈其美这番推心置腹的表白，沉思了一会说：“再困难，我也要去克服，你不是教过我：革命观念，第一在推倒满清，恢复中华。第二在为平民解除痛苦，至于权位二字，实未丝毫容怀。”
蒋介石筹款的办法很多，经过他一番拼命，终于克服了经费不足、兵源素质不高等困难，招募、训练出一支具有反清意识、有一定战斗力的军队。之所以能够为此事拼命，除了那些能摆上桌面冠冕堂皇的理由，蒋介石私下里还有一个不可告人的目的：就是要将这支队伍培养成自己私人的武装力量，以便在这乱世中打出自己的一片天下来。
蒋介石出色的表现得到了陈其美与时任沪军都督府参谋长兼沪军第2师师长黄郛的特别认可，不久他们仨结拜为盟兄弟。陈其美长蒋介石10岁，为大哥，黄郛长蒋介石7岁，为二哥，蒋介石为老三。为示慎重，他们结盟时还写下誓词：
“安危他日终须仗，甘苦来时要共尝。”
结拜后，陈其美特请孙中山将他们的誓词写成条幅，送给蒋介石。为表示对誓词的虔诚，蒋介石又将其刻在三把短剑上，三个盟兄弟每人一把，以示同心。与陈其美结成把兄弟之后，蒋介石即替陈其美，实际上也是替自己做了件大事。
1912年1月14日凌晨两点，上海的广慈医院的后墙根，匆匆走来两个穿西装的不速之客。他们瞅瞅四下无人，立即敏捷地跳墙、上楼，走进光复会领袖陶成章休养的头等病房，探头一看，只见陶成章正面里而卧，不速之客轻轻呼喊：“陶先生！陶先生！”
陶成章刚转过身子，不速之客的手枪响起，子弹从他的左颈喉管旁深入脑部，立即血流如注。不速之客不慌不忙地过去验尸之后，扬长而去。
这两位不速之客，一位是蒋介石，另一位是他的旧友王竹卿。
作为太湖强盗、光复会的叛徒王竹卿，枪法精湛，能飞檐走壁。还是光复会员时，他就常以会内机密换取钱财，致使光复会领袖陶成章极为恼火，不得已只好将他清理出去。蒋介石知道此事，所以在得到陈其美给他暗杀陶成章的指令后，立刻就去找来位往日的朋友，做成了这件党内暗杀的事情。
陶成章是光复会的著名领袖，参加同盟会后，在1908年曾经煽动过一次“倒孙（孙中山）风潮”，而后又制造分裂，恢复光复会。1911年7月26日，陈其美和陶成章在嵩山路沈宅开会，二人发生争执，陈其美竟拔出手枪相威胁。辛亥革命后，浙江军政府成立，陶成章被选为省参议会议员。1912年1月，浙江革命党人众议拥戴陶成章出任浙江督军，正是由于这些“公仇”“私怨”，使得陈其美决心要除去陶成章。
陶成章被杀，全国震惊，孙中山、黄兴都致电陈其美，请照会法国领事，“根缉严究，以慰死友”。凶手就是陈其美，自然是不了了之。尽管如此，这事还是给革命者陈其美留下了一个让人摇头的污点。令人啼嘘的是，他指使蒋介石刺杀了陶成章，开创了革命党人内部相互残杀的恶劣先例，4年之后，他自己却被袁世凯买凶刺杀。这是后话。
陈其美在悬赏千元重金缉拿刺杀陶成章凶手的同时，悄悄地安排蒋介石去了日本。1913年3月，宋教仁被刺杀，孙中山发动了“二次革命”，蒋介石应陈其美的召唤来到上海，帮助陈其美组织武装讨伐袁世凯。可是，此时袁世凯的新军已不同于往日的旧军，“二次革命”很快失败。陈其美逃往日本，蒋介石逃回奉化老家。
二次革命失败后，孙中山总结经验认为：失败最重要的原因，是党内人心涣散，不听领袖指挥。于是，孙中山决心重建一个中华革命党。他要求每个党员，必须立誓词、按指模，宣誓效忠领袖。这一主张，遭到不少人的反对——黄兴带领全家去了美国，李烈钧去了欧洲。蒋介石却从奉化来到上海，于1913年10月29日，由陈其美的盟兄张静江介绍，加入中华革命党，誓约号为102，是国内最早登记的中华革命党党员之一。
加入了中华革命党之后，1913年11月，蒋介石奉时为中华革命总务部长陈其美的电召，再去日本，进入“浩然庐”军事学校学习。这是一所由黄兴、李烈钧等在东京郊外的大森创办的军事学校，专为收容流亡海外的革命同志，加以培训，作为回国与袁世凯抗争的基本力量，为掩人耳目，特取名为“浩然庐”。
不久，陈其美带着蒋介石第一次拜会了孙中山。在孙中山面前，陈其美大夸蒋介石，介绍了他的经历和前段时间在革命中的表现，称他是自己的得力助手和军事干将。孙中山当时急需军事人才，听了陈其美的介绍，印象很深，用十分欣赏的目光目送蒋介石离去。
1914年初，孙中山要派一个人去上海组织领导讨伐袁世凯的军事行动，他立刻想到既有军事理论、又有实战经验的蒋介石，于是令他返回上海主持这一行动。蒋介石回到上海后，很快制定出一个起义计划，可惜还没有来得及行动，就为淞沪镇守使郑汝成知道。5月30日夜，被军警查抄了他的起义司令部。蒋介石趁乱逃出，东躲西藏避难十多日，待搜捕他风声稍缓，伺机潜回上海，搭海轮逃往日本。
1914年9月3日，蒋介石再次奉孙中山之命，由日本回到上海，与范鸿仙一道主持反袁工作。半个月后，范鸿仙被上海镇守使郑汝成暗杀，蒋介石再回日本。
反袁工作陷入低谷，陈其美心急如焚，亲回上海，在法租界霞飞路渔洋里五号设立了总机关，组建了中华革命军东南军司令部。一切准备就绪，他感到身边缺少人手，便又电召蒋介石来沪共同开展反袁工作。
蒋介石回到上海之后，很快协助陈其美暗杀了淞沪镇守使郑汝成，但在接下来的以“肇和舰”为主的海军起义计划却失败了，陈其美和蒋介石在追捕中从窗子跳到外面的屋顶，狼狈逃命。
作为孙中山的得力助手，陈其美数次起兵讨伐袁世凯，已经使袁世凯震怒。他先派人给陈其美送去70万元，让他出洋游历，威胁说否则就用这钱买通刺客，对他下手。陈其美听说后却哈哈大笑，不予理采。
软的不行，袁世凯即来硬的，命令驻军上海的张宗昌，组织专人刺杀陈其美。两次刺杀失败后，第三次终于杀死了陈其美。
孙中山刚从日本回国，闻迅赶来，流泪不止，当场手书“失我长城”四字，以志其哀。5月20日，孙中山在给黄兴的信中说：“英士忠于革命主义，任事勇锐，百折不回，为民党不可多得之人。”他在给日本友人田中义一的信中说“陈其美君在沪尽瘁国事，虽经几番顿挫，但该君之勇毅精诚，实为我同志所共同赞叹。”并亲撰祭文，誉为“生为人杰，死为鬼雄”“成仁取义、气壮山河”等。评价之高、痛惜之深都是前所未有。
蒋介石得知陈其美遇刺，赶到现场，抚尸痛哭。深夜2时，蒋介石将陈其美的遗体用马车运回上海新民里11号，买来一口楠木棺材，将他成殓入棺。
陈其美死后，海内外各团体、各界人士的唁电、祭文、挽联、挽额络绎不绝。蒋介石的挽联是：“天道无知，苦思公十年旧雨；中原多故，乃坏汝万里长城。”
1927年，北伐军占领上海，5月18日，举行了陈其美逝世十一周年纪念大会，蒋介石专程从南京赶来发表演说：“上海之所以有革命如此之成绩者，为陈英士先生首倡革命之功也。若无陈英士先生，即无今日之中国国民党，并无今日之国民革命。”
陈其美的死，使孙中山失去一个军事上的得力助手，出于需要，加之爱屋及乌的情感，从这以后，陈其美最信任的蒋介石，开始得到孙中山的器重。