1909年夏拟策动浙江起义，因被告密未成。后接办上海天宝客栈，作为江浙的革命机关，并创办《中国公报》、《民声丛报》，宣传革命。1911年7月参加谭人凤、宋教仁等在上海成立的同盟会中部总会，被推为庶务部部长，以推动长江流域的革命运动。10月
武昌起义后，发动上海商团、青帮及部分青年与江浙革命党人立即在上海响应，11月3日在上海发动起义，起义队伍与驻杭州新军及会党攻克浙江巡抚衙门。上海光复后，被推为沪军都督。旋发起组织江浙镇沪联军，攻克南京。
1912年1月14日为派系权力之争，令
蒋介石派人刺杀在江浙一带影响较大的革命党人陶成章。袁世凯任总统后，为阻止其篡权，3月调任为唐绍仪内阁的工商部部长，辞未到职，仍滞留上海。7月被解除沪军都督职。唐绍仪内阁倒台后，参加
孙中山领导的反袁斗争。
1913年3月宋教仁在上海火车站被暗杀，孙中山提出诉诸武力，陈其美当时是支持
黄兴“法律解决”主张的。“二次革命”爆发，被举为上海讨袁军总司令。11月失败后赴日本，坚决支持孙中山另组中华革命党。
1914年7月被推为中华革命党总务部部长。
1915年袁世凯复辟帝制，2月回国在上海参加策动讨袁，主持上海党务，并任淞沪长官司令，负责主持长江下游的
军事行动。12月与杨虎发动肇和兵舰起义，炮轰制造局，并分别派人进攻电报局、电话局、巡警总局、工程总局等，因袁军反扑后援无济而失败。云南
蔡锷组织护国军起兵讨袁军起，受聘为云南都督府顾问。组织东南各地的反袁军事行动。继续在江浙一带策动反袁军事行动，屡次起事均遭失败，益遭袁世凯忌恨。
1916年5月18日，被袁世凯收买的
张宗昌派人暗杀于上海法租界萨坡赛路日本侨民山田纯三郎的寓所之内，年仅38岁。