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，因此也還算服衆，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，和劉福彪帶着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着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。
在帶着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，防禦大門內擺放着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？他不但絲毫不爲所動，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衆，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。張士珩聞言深以爲然，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消息很快傳播出去，正在與蔡威接管上海縣衙和道臺府的李英石聽到消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！”
李英石對蔡威的極爲欣賞，欣然答應：“好，一切就拜託你了，陳琪美是同盟會在上海灘的重要人物，不容有失，一定要盡全力救他出來！”
“司令放心，我去去就來！”
蔡威早就知道憑陳琪美那些人根本就攻不下江南製造局，他正等着這個機會呢，因此當即率領六百人前往江南製造局，當他們趕到江南製造局的時候已經是傍晚六點時分，劉福彪正帶着剩下的敢死隊員躲着安全抵擋，他胳膊上還纏着紗布，紗布上沾染了鮮血。
蔡威當即命令武裝商團的士兵向江南製造局發起進攻，武裝商團的武器裝備明顯要敢死隊強得多，不僅人人都有精良步槍，而且還有手榴彈、重機槍，蔡威來的時候還帶了一門火炮，當火炮架起向製造局門口轟了兩炮之後，蔡威立即命令士兵發起了衝鋒，門口清軍守軍已被炮彈炸得傷亡慘重，根本組織不起有效的抵抗，被蔡威指揮起義軍輕易衝進了製造局內，不到半個小時，江南製造局落入起義軍的手上，總辦張士珩也被抓獲。
由於蕭震雷早就有過秘密指示，攻下江南製造局之後不能對製造局的管理人員和工人造成傷害，因此張士珩等人雖然被抓了，但是沒有受到什麼傷害。
蔡威將張士珩找來說道：“現在上海灘全境已經光復，製造局也被我鐵血救國黨佔領。張總辦，你是一個人才，我們黨魁蕭先生說過，江南製造局之所以變成現在這副光景，錯不在你，而在於清廷方面，現在你有兩個選擇，第一，收拾東西回家，我們也不會把你和你的家人怎麼樣，第二，留下來繼續管理江南製造局，但是這以後不能跟以前一樣了，要用心將製造局辦起來，要培訓足夠的合格工人把機器都開動起來爲我們生產槍支彈藥，順便把江南造船也管理起來，要讓造船廠重新開工，建造大型戰艦爲國爭光，如果有什麼問題，你可以直接向我報告，主要合情合理的，我定然會全力支持你，你看怎麼樣？”
張士珩被抓之後原本依然心死，可聽了蔡威的這番話之後心思又活絡了，他本就當任過北洋軍械局的總辦，又管過武備學堂，是李鴻章的外甥，接觸到的人物不知凡幾，見識也是頗爲廣博。如果是被同盟會或者光復會抓到，他相信自己必定不死也會脫層皮，眼見這鐵血救國黨的人不但不殺他，還要重新啓用他，這讓他頗爲感動和感慨，當即整理衣裳下跪行禮道：“必然不負大人所託！”
蔡威連忙將他扶起道：“張總辦，不，我代表鐵血救國黨上海支部和上海起義軍指揮官馬漢龍任命你爲製造局新任總經理，我是你的直接領導，由你全權負責製造局內一切大小事務，儘快讓製造局內和造船廠全部開動起來，如果缺乏資金，你寫個報告過來找我，我會替你解決，對了，我們革命軍不叫大人了，叫我長官就可以了，我們也不興下跪行禮，以後要注意哦！”
張士珩笑道：“知道了！”
蔡威又道：“還有，你等會安排人準備一下將製造局內所有已經生產出來的槍械、火炮、子彈和炮彈都集中起來，待會我們的軍隊會過來接收帶往南方前線爲進攻江寧做準備！”
張士珩拱手嚴肅道：“長官放心，卑職馬上就安排人去準備！”
不久，馬漢龍派人來接收製造局的成品武器彈藥，將這些彈藥全部拉走，並且留下一個團的兵力駐守江南製造局和造船廠。
上海灘這邊光復之後，蕭震雷很快就接到了馬漢龍、蔡威和其他留守在上海灘的鐵血救國黨高層的電報，恰逢此時蕭震雷也接到了派往江蘇其他地方各地軍隊的紛紛發來已經佔領江蘇長江以南所有地盤以及長江入海口以東地區的地方。
上海方面的電報向蕭震雷請示我方對於組建軍政府的態度，蕭震雷指使無須管軍政府的組建事宜，這些由同盟會、光復會和立憲派去折騰，我方只需要抓緊軍權和財權，取得一個軍令部長的職位、並且立即組織招兵事宜即可，馬漢龍接到指示之後當即遵照指示而行。)。