陈炯明叛变后，北伐军回师，11年7月9日，先头部队与叛军开始接触，展开激战。10日三路北伐军均与叛军接触。叛军自占领韶关后，前进部队仅至大桥为止。以韶关及芙蓉山，帽子峰及河东莲花山一带高山之险要形势为防线，修筑坚固工事，布满铁丝网，以抗回师的北伐军。双方接触后，右翼滇军占领白虎坳、黄冈岭、鸡公岭等要地，迫近韶关外之帽子峰；中路李福林部迫近流塘、下长坝一带，向高地之陈军施行攻击；左翼许崇智部孙旅迫近东锡窟前背一带。
许崇智部第九旅黄国华及何梓林两部，连占鲁溪、坝子圩等处，19日占领狮子岭及翁源城。叛军方面急调援军支持，因有粤汉路运输之便，增授迅速，而北伐军则水陆交通均形不便，翁源失守。20日许军张民达苦战再度收复翁源，但又失守。24日黄大伟部集中始兴，到达翁源前线，三度攻克翁源。火山方面战事亦极激烈，北伐军久战疲劳，前线颇有动摇之势，许崇智亲自进驻火山。24日北伐军猛烈攻击，大破叛军，叛军全线向大塘韶关方面总退却。北伐军乘势追击。27日许部左翼进占莲花山阵地向韶关车站猛攻，陆旅向马坝方面进攻，另一支进占大塘、羌在街之线。湘军第七混成旅旅长陈嘉祐驰援，助攻叛军。
正当回师的北伐军节节胜利时，由赣返粤之第一师梁鸿楷部陈修爵团突投效叛军，由马坝向北伐军左翼陆旅进攻，陆旅久战兵疲，不能支持，首先退却，于是牵动全线。各部遂总退却。
29日韶关方面之北伐军失利，翁源方面亦被叛军击破，全线摇动。湘军陈嘉祐所部三旅，一旅在火山，其余两旅在周田、仁化尚未加入阵线，亦连带退却。30日各军退至始兴县属之江口，才收容部队，重加整顿。叛军追击至长冈、水南、水口等处。北伐军获知翁源方面亦告失败，于是自江口退却。8月3日退至赣边的南雄，第九旅黄部退至虔南，赣军赖世璜部退至信丰，李明扬部退大庾，李福林部一支退仁化，一支退南雄，滇军朱培德部、湘军陈嘉祐部因为河川阻隔退南雄不易，向湘桂边境退却。当时李烈钧在南雄，主张各军全部退桂林，许崇智则因为在福建有延平王永泉的关系，以及多年和福建的历史，主张退福建。结果分道扬镳，许崇智军、李福林军及黄大伟部偕同退福建，李烈钧之赣军、朱培德之滇军、陈嘉祐之湘军退往湘边，李烈钧则赴上海养病。
8月4日南雄为叛军所占，6日北伐军退至龙南、会昌、瑞金，转出福建。
回师讨逆的北伐军全盘失败后，对于在白鹅潭坚守待援的孙中山自然是一个严重的消息，因为这表示守株“无兔”了。孙中山在永丰舰上维系军心可资号召的希望断绝了。因此随侍孙左右的人都劝他速离广州，别谋发展，而最重要的事是如何安置那些前线军队。孙认为一定要得到前方准确的情报，内心始安。
8月9日得悉陈炯明又有攻袭孙中山座舰的计划，专攻永丰舰，并贿买海军将士保持中立，还有一个阴谋是收买某一舰长，伪为抵抗，向沙面的外人住宅区发炮，这一来当然引起了国际交涉，嫁祸于孙。由于这些情报，大家认为孙不能再居永丰舰，使自己目标如此暴露。孙说：“我们可以派人通知各国领事，促请他们自卫，并且注意这些阴谋。郑重告诉他们如果有这种行动，当由陈炯明负责。”
这时，南雄失守的消息传到座舰，孙中山乃召集各舰舰长及重要干部会议，大家认为：赣南失陷，南雄不保，前方腹背受敌，战局当然恶化。总统株守省河，有害无益，还是离开这个困窘之地，别图发展为上策。
孙接纳了大家的建议，决定离开广东去上海。派人通知各国领事。原订计划是乘搭商轮，但英国领事表示可派炮舰摩汉号护送去香港，乃改乘英舰。
8月9日下午3时45分，孙中山率蒋中正、陈策、黄惠龙等由永丰舰登英炮舰摩汉号，舰队善后事宜委托秘书林直勉、参军李章达代办，加发所有官兵一月薪饷。
孙中山在英炮舰上与幕僚人员讲述外交上应取的态度。当日下午4时摩汉号由广州启航，7时出虎门要塞。孙对左右感慨地说：“真没有想到我和各位能够脱险，还能到今天。今后只要一息尚存，此志不懈，民国责任仍在吾人身上，不可轻弃以负初心。”这天晚上孙意气自若，与幕僚纵谈时局至深夜2时才就寝。
8月10日上午6时抵香港，即转搭俄国皇后号邮船去上海，香港政府派员照料一切。留港的国民党员古应芬、谢持、汪兆铭、刘纪文等都登轮晋谒。正午12时邮船由香港启碇出口驶沪。在邮船上孙中山曾纠正外人对广州事变的影响，因外传陈炯明叛变为“革命”，孙说：“革命与叛逆之名相反，革命为一庄严宝贵之名词，革命有革命之主义，革命之精神与道德，法国革命之主义在自由，美国革命之主义在独立，中国之革命在求实行三民主义。陈炯明此次叛乱，纵兵扰民，为祸国家，恰与革命之精神与道德成一反比例，而其主义则在盘踞与割据以逞一己之私，这不是革命而是叛逆。叛臣贼子，人人得而诛之，不能任其鱼目混珠也。”
8月14日上午，俄国皇后号邮轮驶抵上海，孙中山在吴淞登陆，上海各团体代表鹄候岸边欢迎者约数千人，极为热烈。下午孙即召集同志讨论国会与时局各问题。
15日孙中山发表护法宣言，全文如下：
“六年以来，国内战争，为护法与非法之争。文不忍艰难创造之民国，隳于非法者之手，倡率同志，奋斗不息。中间变故迭起，护法事业，蹉跎数载，未有成就，而民国政府，遂以虚悬。国会知非行权无以济变，故开非常会议，以建立政府之大任，属之于文。文为贯彻护法计，受而不辞。就职以来，激励将士，出师北向，以与非法者战。最近数月，赣中告捷，军势远振，而北军将士，复于此时为尊重护法之表示，文以为北军将士有此表示，则可使分崩离析之局，归于统一，故有六月六日之宣言，愿与北军将士提携，以谋统一之进行。不图六月十六日，护法首都，突遭兵变，政府毁于炮火，国会遂以流离，出征诸军，远在赣中，文仅率军舰，仓卒应变，而陆地为变兵所据，四面环攻，益以炮垒水雷，进袭不已。文受国会付托之重，护法责任，系于一身，决不屈暴力，以失所守。故冒险犯难，孤力坚持，至于两月之久，变兵卒不得逞。而军舰力竭，株守省河，于事无济，故以靖乱之任，付之各处援师，而自来上海，与国人共谋统一之进行。回念两月以来，文武将佐，相从患难，死伤枕藉。故外交总长伍廷芳，为国元老，忧劳之余，竟以身殉，尤深怆恻！文之不德，统驭无方，以至变生肘腋，咎无可辞。自兵变以后，已不能行使职权，当向国会辞职，而国会流离颠沛之余，未能集会，无从提出。至于此次兵变，文实不知其所由起。据兵变主谋陈炯明及诸从乱者所称说，其辞皆支离不可究诘。谓护法告成，文当下野耶？六月六日文对于统一计划，已有宣言，为天下所共见。文受国会付托之重，虽北军将士有尊重护法之表示，犹必当审察其是非与诚伪，为国家谋长治久安之道，岂有率尔弃职而去之理？陈炯明于政府中为内务总长，陆军总长，至兵变时，犹为陆军总长，果有请文下野之意，何妨建议，建议无效，与文脱离，犹将谅之。乃兵变以前，默无所言，事后始为此说，其为饰词，肺肝如见。按当日事实，陈炯明于六月十五日，已出次石龙，嗾使第二师于昏夜发难，枪击不已，继以发炮，继以纵火，务使政府成为煨烬，而置文于死地。盖第二师士兵，皆为湘籍，其所深疾，果使谋杀事成，即将归罪，以自掩其谋，而兼去其患。乃文能出险，不如所期。始造为请文下野之言。观其于文在军舰时，所上手书，称大总统如故，可证其欲盖弥彰已！谓陈炯明以免职而修怨，叶举等以饬回防地而谋生变耶？无论以怨望而谋不轨、皆为法所不容，即以事实言之，文于昨年十月，率师次于桂林，属陈炯明以后方接济之任。陈炯明不惟断绝接济，且从而阻挠。文待至四月之杪，始不得已改道出师，于陈炯明呈请辞职之时，犹念其前劳，不忍暴其罪状，仍留陆军总长之任，慰勉有加，待之岂云过苛？叶举等所部，已指定肇、阳、罗、高、雷、钦、廉，梧州、郁林一带为其防地，乃辄率所部，进驻省垣，骚扰万状。前敌军心，因以摇动，饬之回防，讵云激变？可知凡此种种，亦非本怀，徒以平日处心积虑，惟知割据以便私图，于国事非其所恤，故始而阻挠出师，终而阴谋盘据，不惜倒行逆施，以求一逞。诚所谓苟患失之，无所不至者。且即使陈炯明之对于文积不能平，至于倒戈，则所欲得而甘心者，文一人之生命而已，而人民何与？乃自六月十六日以后，纵兵淫掠，使广州省会人民之生命财产，悉受蹂躏，至今不戢。且纵其凶锋，及于北江各处，近省各县，所至洗劫一空。人民何辜，遭此荼毒！言之痛心。向来不法军队，于攻城得地之后，为暴于一时，已犯天下之大不韪。今则肆虐亘于两月。护法以来，各省虽有因不幸而遭兵燹，未有如广东今日所处之酷者。北军之加兵于西南，军纪虽驰，有时犹识忌惮。龙济光、陆荣廷驻军广东，虽尝以骚扰失民心，犹未敢公然纵掠。而此次变兵，则悍然为之。闻其致此之由，以主谋者诱兵为变时，兵怵于乱贼之名，惮不敢应。主谋者窘迫无术，乃以事成纵掠为条件，兵始从之为乱。似此煽扬凶德，汨没人道，文偶闻野蛮部落为此等事，犹深恶而痛绝之；不图为此者，即出于同国之人，且出于统率之军队，可胜愤慨！文夙以陈炯明久附同志，愿为国事驰驱，故以军事全权付托。今者甘心作乱，纵兵殃民，一至于此。文之任用非人，诚不能辞国人之责备者也。此次兵变，主谋及诸从乱者所为，不惟自绝于民国，且自绝于人类，为国法计，固当诛此罪人；为人道计，亦当去此蟊贼。凡有血气，当群起以攻，绝其根本，勿使滋蔓。否则流毒所播，效尤踵起，国事愈不可为矣。以上所述，为广州兵变始末。至于国事，则护法问题当以合法国会自由集会，行使职权为达到目的，如此则非常之局自当收束。继此以往，当为民国谋长治久安之道。文于六月六日宣言中所陈工兵计划，自信为救时良药，其他如国民经济问题，则当发展实业，以厚民生，务使家给户足，使得休养生息于竞争之世。如政治问题则当尊重自治，以发舒民力。惟自治者全国人民共有共治共享之谓，非军阀托自治之名，阴行割据所得而借口。凡此荦荦诸端，皆建国之最大方略，文当悉其能力以求贯彻。自维奔走革命卅余年，创立民国，实所躬亲。今当本此资格，以为民国尽力。凡忠于民国者，则引为友，不忠于民国者，则引为敌。义之所在，并力以赴。危难非所顾，威力非所畏，务完成中华民国之建设，俾国民皆蒙福利，责任始尽。耿耿此诚，惟国人共鉴之。”