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在蘇州這邊起事的時候，上海方面也同時發動了。在之前經過幾方面的協商，決定在11月3日這天兵分三路起義：第一路，鐵血救國黨這邊由馬漢龍全權負責軍事上的作戰，由寶山一帶向淞滬、閘?北進軍，光復會負責策反巡防營加入戰鬥，在暗中馬漢龍已下令讓潛伏在巡防營內的鐵血救國黨成員率部服從光復會領導人李燮和的指揮，由西向東進攻淞滬方向。
第二路，在南市一帶，由上海灘地方紳士和工商界代表們推舉的李平書的侄兒李英石率上海武裝商團進攻縣城和縣城周邊其他地區。李英石也是蕭震雷推舉領導商團武裝起義的，再加上他是日本士官學校畢業，又是李平書的侄兒，因此也還算服眾，特別是武裝商團副司令蔡威得到了蕭震雷的授意，讓他聽從李英石的命令。
第三路，由同盟會的陳琪美率部隊進攻江南製造局，由於同盟會在上海灘並沒有兵權，因此陳琪美只能連同把兄弟劉福彪召集青幫子弟組成一百多人的敢死隊，手上的四五十條槍還是從武裝商團借來的，原本武裝商團是要分別來幫助進攻江南製造局，但陳琪美擔心武裝商團圖謀江南製造局的大量軍火，因此嚴詞拒絕了李英石提出支援的提議，和劉福彪帶著一百多敢死隊進攻江南製造局。
鐵血救國黨這邊，馬漢龍率領振華公司護衛隊兩千多人攜帶重機槍、擲彈筒、迫擊炮、山炮、大口徑野戰榴彈炮從寶山向淞滬方向發起進攻，一路勢如破竹，清軍莫不能擋，紛紛望風而逃。更多丟槍投降，而光復會的李燮和則率領策反過來的清軍巡防營從西面夾擊，不到半日工夫，淞滬各地和沿海炮臺全部被起義軍佔領。
鐵血救國黨和光復會這邊起義的成功，大大刺激了李英石和陳琪美。下午李英石率商團兩千多人向縣城發起了猛攻，在四門火炮的轟擊下，南城門轟然倒塌，副司令蔡威率部衝進了縣城內，一路攻佔了縣衙、道臺他們，道臺劉燕翼聽到風聲在起義軍還沒有打到道臺衙門之前就逃到了租界躲藏起來。並且帶走了一部分道庫官銀在外國銀行的存單和存摺，在租界內做起了寓公。
由於蕭震雷早有指示，佔領縣城之後，蔡威迅速接管了縣庫房和道庫，收繳了官府的錢財在銀行或錢莊的存單和存摺。並接管財政大權並直接控制住如大清銀行這些官方金融機構，同時收攏清軍潰兵，將清軍歸併聚集起來重新打亂編成一支軍隊。
受到刺激的陳琪美等同盟會等人在沒有兵權的情況下，陳琪美只能和劉福彪帶著青幫子弟組成的敢死隊一百多人與下午四點向清軍控制的江南製造局發起了猛攻。由於槍械不足，事前他不得不向蔡威借了四五十支步槍才勉強給這一百多敢死隊員湊夠了武器，並且自制了若干土炸彈。
在帶著敢死隊來到江南製造局門口之後，陳琪美立即命令劉福彪率部向製造局發起決死衝鋒，但駐守在江南製造局內的總辦張士珩早有準備。門口堆起了齊人高的防禦工事，防禦大門內擺放著兩挺裝好彈鏈的馬克沁重機槍，當劉福彪率領敢死隊發起決死衝鋒時。清兵們紛紛開火射擊，特別是兩挺重機槍噴射出兇猛的火舌，敢死隊員紛紛倒地，就連劉福彪也被子彈擊中胳膊負傷。
進攻一刻鐘之後，敢死隊死傷過半，且在劉福彪也受傷的情況下。陳琪美心急如焚，他不得不下令敢死隊退回到安全地帶再做計較。
陳琪美知道現在強攻根本不可取。強攻只能徒增傷亡，因此他決定孤身一人進入江南製造局說服總辦張士珩。對之曉之以理、勸其投誠革命，免遭流血之禍。
面對孤身一人進入製造局的陳琪美的軟硬兼施，張士珩哪能不清楚陳的打算？他不但絲毫不為所動，反而命令手下清軍士兵將陳琪美綁起來，並且下令將陳琪美押往製造局門口砍頭示眾，以震懾那些殘餘的敢死隊員。
這時一個叫張杏村清軍士兵立即站了出來勸說張士珩，對其曉以利害關係，說張士珩的親人子女都在外面，一旦殺了陳琪美，革命黨人懷恨在心，日後要報復怎麼辦？張家恐有滅門之禍啊。張士珩聞言深以為然，放棄了殺死陳琪美的打算，並命清兵將陳琪美捆綁在製造局的衛生間內。
陳琪美被抓緊江南製造局的訊息很快傳播出去，正在與蔡威接管上海縣衙和道臺府的李英石聽到訊息立即就要親帶一部分人馬前往救援，此時蔡威攔住他說：“上海縣城初定，需要英石兄坐鎮主持大局，至於區區一個江南製造局而已，就由小弟帶一隊人馬前去營救，今晚七時之前必然拿下製造局救出陳琪美，徹底光復上海！”
李英石對蔡威的極為欣賞，欣然答應：“好，一切
