陈其美对蒋介石说：“这是我的大侄儿果夫，很想参加革命，……你以后可以多多帮助他。”又对陈果夫介绍说：“这是我常给你提起的我的义弟蒋介石，……是革命党人中不可多得的人才。以后你可以多多向他请教”。
1911年10月，武昌起义爆发，革命浪潮一日高过一日。陈果夫正在南京陆军第四中学读书。他热切盼望自己也能投入这一滚滚革命洪流中去，但又不知如何行动。恰好此时，二叔陈其美从上海来南京策动南京武装起义，以策应武汉。陈果夫毅然决定随叔父投身革命。于是受二叔之命，将四中的同盟会员联合起来，成立了陆军四中同盟会分部，筹划在南京发动武装起义。
10月的一天深夜，濛濛的夜雨给这座古城增添了一丝寒意，街上已经没有行人了，古城是一片宁静。但在这平静的夜中，南京陆军第四中学的一间教室的窗户上却长夜辉映着昏黄的烛光。
这是陈其美正召集陆军第四中学的同盟会会员密谋起事，为避免清廷爪牙的发觉，只点了几支小蜡烛。
灯光虽弱，但大家热情很高。陈其美用他那特有的吴兴调鼓动说道：
“武昌起事，全国响应。我等革命青年切不可坐视。南京在长江之下游，如能起事成功，与武昌相应，则长江上下自可联贯一气，江南可自立。机不可失，时不再来，缔造共和，肇于此时，我愿与诸君共同努力。”
陈其美的慷慨陈辞很快引发了大家的革命热情。一个瘦弱的青年应声而起：
“我等加入同盟会，便已立下革命志向，愿为革命献身。如今正是革命之良机，我愿追随陈先生，争取南京光复，即使肝脑涂地，也在所不惜。”
瘦弱青年的话引起了大家的共鸣。大家纷纷起身表示愿为革命而战。即使是因古板而被同学称作“老太婆”的陈果夫也是热血沸腾。
随着愿意革命的人数日益增多，教室已经容纳不下这么多人，以后开会只好改在操场。几乎每晚都在开会，做组织工作、宣传工作、联络工作等等。在陈其美叔侄二人的宣传鼓动下，四中同盟会会员们群情振奋，斗志昂扬，决心为争取南京光复竭尽全力，即使献出生命，也在所不惜。但不久，四中同学的革命活动引起了清政府的注意。于是清军对四中加强防范，并采取行动，将储藏在四中的子弹运走，枪械也转移到秘密地方藏匿起来，同时将同情革命、与革命党人有联系的第九镇军队也陆续调往城外。此时，陈其美已回上海，陈果夫一时束手无策，只好和另外两名同学赶往上海请求指示。
当时陈其美因病卧床，正与蒋介石商议杭州起事之计划。陈其美见陈果夫，立即将果夫介绍给蒋介石。
“这是我的大侄儿果夫，现在在南京陆军第四中学读书，很想参加革命。你以后可以多多帮助他。”介绍完果夫后，陈其美又转过头来对果夫说道：
“这是我常给你提起的我的义弟蒋介石，他是浙江奉化人，对于军事颇为熟悉，是革命党人中不可多得的人才。以后你可以多多向他请教。”
果夫垂着手答应道：
“是，我一定向蒋先生多多请教。”这一次见面，因为正赶上陈其美与蒋介石商议杭州起事计划，果夫不敢多说话，只是在一旁听他们两人商讨训练军队，起义的时间、地点等。他们谈的十分投机，果夫也听得人了迷。对于这一次见面的情况，陈果夫事后回忆道：“蒋先生威毅稳重的风度，使我第一次所生的印象非常深刻。”
这一次见面虽然蒋介石、陈果夫并没有多谈。但陈果夫既然对蒋介石“印象非常深刻”，自然为他以后投靠蒋介石作了铺垫。
在上海，陈果夫没呆上几天，在黄兴等人的指示下，便转赴武汉，参加保卫武汉之战。
原来武昌起义爆发之后，清政府惶恐不安。在清廷的再三催促和请求下，袁世凯出兵进攻汉口。武汉面临的局势十分严峻。为保卫武汉，一批一批革命志士赶到了武汉。黄兴等人认为，既然清军防范甚严，南京起义可暂时推迟，可抽出力量支援武汉。况且武汉正遭清军重兵攻击，形势严峻。一旦作为革命中心的武汉失守，全国各地难以举义响应。
此时的武汉，硝烟弥漫，炮声隆隆。袁世凯虎将冯国璋正率领大军向汉口发动猛烈攻势。起义军奋勇抵抗，死伤无数，汉口发发可危。
陈果夫到达武汉之时，正是袁世凯命冯国漳率第一军猛攻汉口之际。陈果夫一到汉口，即到起义军军务部找到部长孙武，请求安排具体工作。
孙武考虑了一会儿，很严肃地说道：“现在汉口眼看就要丢失，汉阳则必须守住，我们准备加强汉阳的军事力量，你们愿意去汉阳吗？”
陈果夫毫不犹豫地回答道：“我们为赴难而来，任何危险的地方都可以去。”
孙武颔首赞许，随即给果夫办了去汉阳的护照。
在汉阳民军司令部里，果夫被安排到炮兵排里当一名士兵。在汉阳，陈果夫表现得十分勇敢。
由于当时汉口即将失守，守卫汉阳的民军有很多哗变而散，有些阵地上有炮无人能放。陈果夫挺身而出，用在学校里所学的炮兵知识，教士兵放炮，忙得不亦乐乎。战时的生活是艰苦的，晚上没地方睡觉，大家就穿着衣服挤在一起，随地躺下。有时战事紧急还得睡在阵地上，本来身体就很弱的陈果夫难以支持，时常咳嗽、吐血。有一天晚上，他与部队一起运子弹到黑山，回来时又摇铁道上用的手摇车，非常吃力。他坚持了一阵后，忽然觉得天旋地转，倒地不省人事，十多小时后才苏醒过来。醒来后，他没有去休息，而是拖着虚弱的身体，继续投入紧张的工作。
10月31日，冯国璋率军向汉口发动总攻击。革命军在广大民众的支持下，拼死抵抗，终因力量悬殊，指挥失利，汉口失守。
汉口失守后，汉阳便成了战争的前沿阵地。尽管汉阳军民曾几次组织反攻汉口，均未成功，却相反使自己受到损失。于是一部分革命军坚守汉阳，另一部分向武昌退却。清军得知汉阳虚实后，迅速向汉阳发动强大攻势。守军英勇顽强，拼死抵抗。陈果夫受命守卫设在汉阳兵工厂的民军司令部。
清军在进攻汉阳的同时，还派出大量奸细潜入汉阳城内，到处鸣枪、放火，制造混乱。民军司令部人员有的深人各部队加强领导，有时出去组织救火，也有些竟临阵脱逃。司令部主持工作的官员走光了，只剩下陈果夫与几名士兵。有的士兵见此情形，也提议大家一走了之。陈果夫坚持不愿离开，并说服其他人也留下来。他认为，司令部指挥官虽然走光了，如果有卫兵守着这儿，还可以唱唱空城计。如果卫兵都走了，人们一定以为司令部已完蛋，这样军心必然大乱。他选了一支最好的手枪，带足了子弹，坚守在司令部大厅里，随时准备应付一切突发事件。
不一会，民军和市民陆续将奸细抓获，带到司令部。他们以为陈果夫是司令部的指挥官，便将奸细交由他处理。陈果夫一时不知如何处置，只好把奸细关在大厅旁的房间里。
几小时后，清军攻势减弱，着火的地方已被扑灭，司令部的人陆续回来。他们听了陈果夫的报告后，对他这种临危不惧，机智勇敢的行为大加赞赏。
陈果夫随革命军在汉阳坚守一周后，黄兴来到了汉阳，任战时总司令，民军士气大振。黄兴发现陈果夫只是当一名士兵，颇感委屈了他，便将他调人汉阳府军政科，协助科长招募和训练新军。陈果夫到任后，工作认真负责，深受领导好评。他经常到民众中进行革命宣传，强调保卫汉阳的重要性，动员群众踊跃参军作战。功夫不负有心人，果然许多市民和郊县农民前来报名参军，很快一支近千人的防城营和巡城营便组建起来。陈果夫负责对这支新兵进行训练，很快使其掌握了一些军事知识，基本上能应付战争的需要。
11月23日，清军向汉阳猛扑过来，军民据守的美娘山。锅底山相继失守，汉阳危在旦夕。陈果夫将来自于南京陆军中学的学生集中起来，组成一支100多人的队伍开赴前线，这支特殊队伍在战斗中英勇善战，奋勇拼杀，许多人壮烈牺牲。不久汉阳失守，陈果夫随军撤人武昌。
黄兴等人撤人武昌后，军政府召开紧急会议。会上，黄兴建议放弃武昌，顺流而下，去攻南京。然而多数人认为武昌是首义之地，应死守。共进会领导人张振武拔出战刀，声称：“敢言放弃武昌者斩！”会议最终决定坚守武昌。黄兴会后便乘船离开了武汉。陈果夫也认为黄兴所言有理，既然武汉难保，不如光复南京，来个围魏救赵。因此，他也随后离汉东下。
当陈果夫顺江东下时，南京已在沪军与江苏浙江等民军的联合攻击下光复。于是他直抵上海，找到二叔陈其美，希望参加一些实际工作。
此时，由于汉口、汉阳失守，很多革命党人纷纷东下云集上海。于是陈其美安排陈果夫负责接待这些革命党人。他工作认真，态度和蔼，热情周到地给他们解决生活和工作问题。这一耐心细致的工作，赢得了来沪的革命党人的普遍好感。
1912年元月，孙中山就任中华民国临时大总统。也就在这一年，经过陈其美的介绍，陈果夫第一次见到了孙中山。之后，他曾多次去听孙先生演讲，对孙先生的革命意志和伟大人格敬佩不已。在他的回忆录中，他写道会见时的情形：
“总理正和一位廖君谈话，用广东话，我听不懂。但他慈祥而又沉着的态度，使我肃然起敬。总理坐在沙发上，腰背挺直，坐了许多时候，一动也不动。”
没过多久，陈果夫在上海南京路国民党总部再次见到孙中山，并第一次聆听总理的讲演。据他回忆：“他演讲的姿态。声调、非常动人，那次留下的印象，永远没有淡忘。”
中华民国临时政府成立后，许多革命党人认为革命已经大功告成，于是便刀枪人库，有的从事实业，有的重新进学校读书，有的则出国留学。南京的陆军四中也恢复正常学习。陈果夫原想回校复读，但经医生检查身体后，认为他肺部有病，不宜再学军事。后又有人建议他去法国勤工俭学，他为之心动。于是他决定去法国，并开始收拾行李，告别亲友，准备西行。不幸的是，他在从上海去北京的途中病倒，到北京后，经医生检查，确诊是肺病，这样法国之行又不得不取消。
连续几件事均未能如愿，陈果夫痛苦至极。就在这时，陈其美给了他许多安慰和鼓励，并劝他到日本去治病，待病愈后去美国留学。