粤军回粤，进展顺利，黄明堂、陈继虞、周之贞、王鸣亚、胡文灿、李天德、梅萼等，各地民军纷纷起义。西江、北江、琼岸等处都落入起义民军手中，陈自先集兵十八营，并继续扩大收编，向高、雷方面桂军进逼。
粤军第一主要目标是惠州，桂军全力固守，粤军屡攻不下，孙中山乃致电闽督李厚基，请其迅速派兵支助粤军，以收夹击之效。闽粤合兵当可收复惠州，惠州得则广州肇庆各地即不成问题。这时候闽军旅长王永泉和厦门方面的军队已和粤军合作，出发助防。
9月26日，广州警察厅长魏邦平、广惠镇守使李福林在省城对岸河南宣告独立。所有内河兵舰及广三铁路均为收复，驻扎江门警卫军司令陈德春亦和魏李采取一致行动，在绥远炮台组织办事处。这样一来，桂军的交通全被扼断。
10月1日孙中山致电湘督谭延闿，促湘军出师助攻，直下北江以攻桂军。
魏邦平和李福林的独立，摇动了广州的桂系，而海军亦逼桂系的粤督莫荣新离粤，莫荣新不得已乃倡调和之说用作缓兵之计，且用各种方法离间粤人，孙中山和唐绍仪、伍廷芳都致电魏李两人，敦促他们迅速驱莫以安粤局。
粤局本可一鼓而定，不料粤军进入粤境后，政治因素复杂，反而胶着不前，于是孙中山再促留在上海的蒋中正赶赴粤境，共图收复广州，惠州。蒋于9月30日由上海启程，10月3日抵香港，拜奠朱执信灵枢；5日上午乘船至汕头，登岸后即赴粤军总部和各参谋晤面，并拟定作战意见致驻扎老隆的陈炯明。
蒋的作战计划为左翼当独立作战，固守潮梅，海、陆丰暂时放弃亦可，目的在诱敌深入，俾松弛敌人在惠州的防务，以便右翼作战。右翼可分为二部：一向龙门、增城前进，独立作战；一部固守河源、紫金，监视惠州，相机规取。如果直取博罗，反而促成桂军死守死战之心，可能旷日持久，转不如西向龙门绕道。
作战计划拟定后，蒋即驰赴前线，加入右翼军作战。
粤军新攻势开始，桂军在各战线上俱露疲态，侧面后方俱受威胁，士气沮丧，战斗力大减。迫不得已，乃拟将惠州交与李根源，调回林虎、马济以对抗宣布独立的魏邦平和李福林。可是李根源却孤军难支，遭粤军猛击，损失子弹300余箱，团长一名亦被击毙，桂系的滇军陷于极端困境。
10月20日粤军第二军军长许崇智因病请假，由蒋代统其军，声威大震，所向克捷，桂军三四千人弃泰尾焚掠民居向惠州溃退。
10月21日，粤军第二军进至黄麻陂，粤军熊略部占领横沥，邓铿部进至家公岭与和平山的左翼军联络。合围后，粤军乃于22日一举攻克惠州城，桂军向博罗鲤湖退却。江门警卫军和高、雷、钦、廉、琼各处民军四起应援，东江桂军进退失据，广州桂军又陷于被围攻中。这时候的桂系已成强弩之末，只希望能安全离粤就于愿已足了。
10月23日陈炯明召集军事会议于惠州，决定总攻广州计划。以左翼军扫除增城的桂军，向龙门埔前进，进攻广州的西北；以中路军扫除石龙的桂军，沿广九路右方前进，集中龙眼洞，担任东面的攻击；以右翼军扫除东莞的桂军，沿广九路左方前进，攻击广州东南。
广州的桂系坐困釜底，不得已遂于10月24日宣布取销军政府，岑春煊、陆荣廷、林葆怿、温宗尧等通电解除政务总裁职务。
桂系统治广东的局面到此结束，附庸桂系的政客集团也同归消灭。林葆怿本来是随程璧光一同南下护法的，随后受桂系的引诱，投奔桂系，现在桂系崩溃，林葆怿竟通电与北方海军联合。
25日粤军第一军攻克石龙，桂军向增城、东莞退却。
博罗、石龙相继落入粤军之手，广州已无险可守，26日莫荣新率领残军于逃出广州前，发出通电声称把广东交还北京政府，同时取消西南自主，公然向北方投降。林葆怿、沈鸿英也潜逃无踪。
27日粤军进入广州。
在东江的桂军残部由马济率领，绕道北江回桂，全粤遂次第光复。许崇智设军部于广州市内的潮州会馆。
29日孙中山函勉蒋中正，有云：
“我所求者，惟期主义政策与我一致，即我所谓服从我卅年来共和主义，而岂若专制之君主，以言莫予违为得意耶？兄与英士共事最久，亦知我所以待英士矣。……执信忽然殂折，使我如失左右手，计吾党中知兵事而且能肝胆照人者，今已不可多得，惟兄之勇敢诚笃，与执信比，而知兵则又过之。兄性刚而嫉俗过甚，故常龃龆难合，然为党负重大之责任，则勉强牺牲所见，而降格以求，所以为党，非为个人也。”
北方因岑陆等宣布投降，遂颁南北统一之令，孙中山与唐绍仪、伍廷芳、唐继尧正式宣言军政府依然存在，西南护法，非为个人权利，北方如果有谋和诚意，唯有在和会中谋取解决途径。
11月1日陈炯明抵广州。
11月10日孙中山在上海的军政府办事处下令任命陈炯明为广东省长，兼粤军总司令，统一军政，并取消督军名义。这时候因为独断自专的桂系既已完全撤出广东，孙所领导的军政府本拟移驻云南的计划遂告打消，仍迁回广州。
蒋中正这时在粤军中，深感陈炯明处处有私心，因此于11月6日由香港搭轮去上海，行前留书给粤军总司令陈炯明，指责他改变战略。原来陈炯明包藏私心，置西江要地肇庆于不顾，反以中央军派遣北江，名为掩护右翼军回攻四会，事实上右翼军既进至北江，攻克清远，除直上韶关，肃清北江任务外，自不必折回四会，再完成西江任务之理。因此蒋认为陈炯明有私心，乃毅然求去。12日抵上海即晋谒孙中山，报告广东情形，第二天再谒孙中山，这时孙得到粤军第二军军长许崇智的来电，亦愤陈炯明所行所为，欲弃粤来沪。
但是，孙中山认为可以感化陈炯明，同时不应放弃以广东为革命基地的打算。于是25日孙率伍廷芳、唐绍仪由上海动身赴广东，国会议员已至上海的亦相继动身去粤。
25日，粤军攻克肇庆、梧州等地，肃清西江。陆荣廷最初扬言宁失广西，断不失广东，可是现在桂军形势逼迫，唯有全部退出粤境。
桂系既已投靠北京政府，北京方面对陆荣廷不能不加以安置，于是特派陆荣廷督办粤边防务，并任命谭浩明为广西督军。
29日，孙中山和伍廷芳、唐绍仪抵广州，通电重新召开军政府政务会议。以广州观音山旧督署为军政府所在。唐绍仪嫌府址不够壮丽，移住亚洲酒店，伍廷芳兼外交部长驻观音山军政府内，孙则下榻粤秀楼。
军政府恢复后，12月1日发表各部部长，内政部长由孙中山自兼，财政部长唐绍仪，交通部长唐继尧，陆军部长陈炯明，外交部长伍廷芳，司法部长徐谦，参谋部长李烈钧，秘书厅长马君武。唐继尧在云南，不能来粤，因此交通部长由王伯群代理，参谋部长李烈钧率军在外，亦以次长蒋尊簋暂代部务。
国会议员们一再播迁，由穗去沪，由沪去滇，由滇去渝，现在再集于广州，出席议员220余人。
军政府虽然恢复了，实际上势力仅及广东一省，而陈炯明则心怀异志，对革命事业没有信心。
民国以来，孙中山颠沛磨折，所凭借的革命基础虽然薄弱，可是革命的意志，愈战愈强，愈挫愈坚，这种革命魄力和革命抱负，真是古今中外所少见。