8月中旬，毛泽东日夜兼程赶回长沙。自从投身革命后，毛泽东从事过工人运动、农民运动、学生运动和统一战线工作，却从来没有做过军事工作。过去他连想都没想过要去打仗，现在革命需要他去开辟新的道路，毛泽东义无反顾地挑起了这副全新的担子。
马日事变后，长沙处于白色恐怖之下。尽管环境恶劣，毛泽东为取得第一手材料，依旧未放弃深入细致的社会调查。他利用安置杨开慧母子回板仓老家的机会，在杨开慧家里邀请农民开了两天调查会，了解农民对土地问题的要求，了解国民党残酷镇压工农运动后，群众对国民党的看法。实地调查后，毛泽东敏锐地意识到八七会议确定的秋收起义方针，有些地方是与客观实际不相符的。比如南昌起义打的是“国民党左派”的旗子，八七会议对秋收暴动作出的是同样的规定。而毛泽东已看到“国民党左派”在群众中已丧失号召力，国民党的旗帜已成军阀的旗子，不应再打国民党的旗子了。
8月18日，毛泽东以中央特派员的身份在长沙市郊的沈家大屋召开湖南省委会议，进一步讨论和研究秋收起义问题。毛泽东根据从群众中获得的新认识，对组织秋收暴动提出了一种新的思路：
第一，秋收暴动要高高打出共产党的旗子，不能再打左派国民党的旗帜。
第二，发动秋收暴动不能单凭工农力量，要借助军事的帮助。毛泽东一再强调“暴动”的发展是要夺取政权。要夺取政权，没有兵力的护卫或去夺取，这是自欺的话，我们党从前的错误，就是忽略了军事，现在应以百分之六十的精力注意军事运动，实行在枪杆上夺取政权、建设政权。
第三，没收地主阶级的土地交给农民，而不是依照八七会议规定仅仅没收大中地主的土地。同时对被没收土地的地主，采取妥善的安置办法。
第四，暴动区域要缩小范围，集中使用力量。八七会议确定的暴动方针是在湖南全省四个区域内同时暴动，湘中以长沙为中心，湘南以衡阳为中心，湘西以常德为中心，西南以宝庆为中心。毛泽东坚决反对这种不顾主客观条件，全面铺开，分散使用力量的做法，力主集中力量于一个地区。他还指出，暴动首先不应该在长沙，而应该在农村，因为长沙的敌人力量强，如果首先在长沙，不是龙王与龙王比宝，而是叫化子与龙王比宝。因此，应首先在反动统治较薄弱、经过大革命洗札，群众基础好，且保存有革命武装的农村发动。
在毛泽东的耐心说服下，绝大多数同志终于同意和支持毛泽东的正确主张，决定在湘潭、宁乡、醴陵、浏阳、平江、岳州、安源等地区组织武装暴动。
党的八七会议虽然正确地确定了实行土地革命和武装反抗国民党反动派的总方针，但如何根据实际情况来实行这个总方针，还有许多不曾解决的问题。党对处理这些新问题又十分缺乏经验，能够在这样一系列重大决策问题上，不是盲从，不是照搬苏联现有的经验，而是从实际出发提出与中共中央以至共产国际不同的意见，充分显示了毛泽东的求实精神和远见卓识。8月20日，毛泽东以湖南省委名义给中共中央写信，陈述自己的看法。然而，共产国际的权威意见是不容冒犯的。临时中央收到湖南省委的秋收暴动计划和毛泽东的信后，一一驳回了他们的主张，有人还点名批评毛泽东的“枪杆子中夺得政权”的论断与中央不一致，批评湖南暴动计划偏重于军力，是一种军事冒险。中央也不赞成抛弃国民党的旗帜和没收大中小地主土地。
这些批评和指责，显然是脱离湖南实际情况的，要使中央马上采纳毛泽东来自实践的意见不是轻而易举的事，但是组织暴动又迫在眉睫，不尊重实际必定会毁于一旦。在这种情况下，毛泽东显示出一位政治领袖所具有的果断和魄力，一方面再次向中央写信，据理陈词；另一方面毅然改变了中央以长沙、衡阳、宝庆三处为中心的全省暴动计划，决定发动以长沙为中心，包括湘潭、宁乡、醴陵、浏阳等县的湘中暴动。
1927年8月下旬，湖南省委常委会最后审定“用枪杆子夺取政权”、“实行土地革命”的秋收暴动计划，决定毛泽东以前敌委员会书记名义，前往湘赣边界领导武装暴动。出征前，毛泽东把这消息告诉了杨开慧。杨开慧十分担心地说：“你不能干点别的工作，非玩枪杆子不行？”毛泽东耐心地向她解释，杨开慧说，“这些道理我赞成，可打仗你不是行家里手啊！”毛泽东说：“行家不敢说，也并非一点不懂，我毕竟当过半年兵，缴过军阀败兵的枪，动枪动刀多少懂得一点。”杨开慧知道毛泽东是不会改变主意的，便不再说什么。第二天一早，毛泽东送杨开慧离开长沙回板仓老家。毛泽东叮嘱妻子照顾好自己的老母和三个孩子，参加一些农民运动，杨开慧要毛泽东学会自己照顾自己，并将身上仅有的10多元钱塞给毛泽东。这次分手，不想竟成了他们的永别。
9月9日，毛泽东领导的湘赣边界秋收暴动爆发了。
9月11日，起义军分别从江西的修水、铜鼓、安源等地出发，进入湖南境内，会合平江、浏阳地区的起义农民，准备会攻长沙。当时，全国的革命形势已走向低潮，反动军事力量大大超过革命力量，起义军虽曾占领醴陵、浏阳县城和一些集镇，但遭到远比自己强大的反革命军队的阻击，群众缺乏作战经验，加上起义前夕收编的黔军邱国轩团突然叛变从背后袭击，使起义军受到很大损失，工农革命军已由起义时的5000人锐减至1500人。9月14日，毛泽东在浏阳东乡上坪召开紧急会议，当机立断，决定改变攻打长沙的计划，命令第三团与第二团余部迅速到浏阳文家市集中。9月19日，毛泽东在文家市里仁学校主持召开有师团主要负责人参加的前敌委员会，这是一次决定起义军生死命运的重要会议。会上就工农革命军今后的行动方向展开了激烈的争论。以工农革命军第一师师长余洒度为首的一部分人，力主“取浏阳直攻长沙”，这是当时中共中央的主张。毛泽东清醒地对客观形势作出判断，认为当时农民起义并未形成巨大声势，单靠工农革命军的现有力量不可能攻占国民党军队设防坚固的长沙，应把起义军向南转移到敌人统治力量薄弱的农村山区，寻找落脚点，以保存革命力量，再图发展。
毛泽东提出这个主张，是对共产国际乃至临时中央战略部署的否定，在当时是需要极大勇气的。会议经过激烈争论，终于决定部队退往湘南。就在中共前敌委员会决定长沙不可攻的同一天，中共中央根据共产国际驻长沙代表马也尔的报告，又作出要求湖南省委再攻长沙的决议，指责毛泽东和湖南省委停止长沙暴动是“临阵脱逃”，责令湖南省委立即爆发长沙暴动。只是这一决议传到湖南时，秋收起义军早已开拔南下，使其变成了一纸空文。
工农革命军在向南进军途中，处境十分困难。当时，革命军中党的各级组织不健全，思想比较混乱，部队弹药缺乏，给养不足，指战员伤病残很多，在江西萍乡芦溪又遭敌伏击，23岁的总指挥卢德铭不幸牺牲。此时，起义军只有千余人，部队情绪十分低落，开小差离队者屡见不鲜。
9月29日，部队抵达江西永新三湾村。毛泽东决定将保留下来的队伍重新改编，由原来的一个师缩编为一个团，建立党的各级组织和党代表制度，支部建在连上。同时建立连以上各级士兵委员会，实行民主管理制度，在政治上实行官兵平等。三湾改编，从组织上确立了党对军队的领导。毛泽东的这一变革，开始改变了旧式军队的习气和农民的自由散漫作风，使濒于溃散的队伍重新凝聚起来并焕发了新的生命力。在率军南下途中，毛泽东经过调查研究，选定罗霄山脉中段即井冈山地区作为部队的立脚点，决定争取该地区的农民武装，在井冈山建立中国第一个农村革命根据地。10月初，毛泽东率领工农革命军终于到达井冈山麓的茅坪。
湘赣边界的秋收暴动是在共产党的旗帜下进行武装斗争的伟大尝试，它在开始时也是以攻占大城市为目标的，在暴动遭到严重挫折时，毛泽东能够坚持从实际出发，实事求是，及时、果断地避免盲动，在实践中开始闯出一条与农民相结合、在农村建立革命根据地以保存和发展革命力量的道路。这条道路代表了1927年大革命失败后中国革命的发展方向。毛泽东这一开拓性的创造，使马克思主义的革命理论产生了一次新的飞跃。