起义时间议定后，由于美洲、南洋之款不能如数汇齐，十路选锋有九路到13日这天不能如期发动，赵声与黄兴只好决定将起义时间延期至26日。不意南洋同盟会员温生才却在13日这天只身潜入广州，以谋行刺李准，却误将广州将军孚琦击毙了。
孚琦被刺后，已升任两广总督的张鸣岐闻讯大惊，他赶忙调巡防营三营驻广州，严密布防，并占领了城内高地。张鸣岐生怕革命党人在城中举事，派出巡捕四处搜查，竟破获了统筹部两处机关。但统筹部仍然按计划进行起义，黄兴意志更是决绝。起义前三天，黄兴写好绝笔书由人转寄南洋邓泽如后，即于当天下午潜往广州准备主持起义，并在总督署旁的小东营五号设立起义指挥所。然而，作为起义总指挥的赵声却迟迟未到广州。而这时先期入广州为起义偷运枪械的胡毅生，又被李准收买的一名与他是旧识的侦探蒙骗，且还协助他偷运枪械，故同盟会将发动起义的内情尽被侦探掌握。尽管胡毅生发觉此事并迅即把侦探除掉了，但起义计划已经暴露。
到了4月26日这天，清军各防营都高度警戒，然而统筹部发动起义所购的枪械却多数没有运到。不得已，黄兴只得将日期后推一天。可是赵声在广州的代表和陈炯明却认为后推一天仍不能举事，要求再行缓期。姚雨平则要求拨给枪五十支，而当时运到的枪支总共不过七十支。黄兴见此状况，只好将起义时间再行延后，并命已进入广州城内的数百名选锋全部撤出。
命令传达后，选锋喻纪云、林时爽、林觉民等人却留下不走，对黄兴说：“现李准已下令查户口，城内机关的枪弹无法撤出，只有立即起义，方可自救。”黄兴见他们有决心，顿时意气勃然。他想起南洋侨胞毁家以纾国难的感人情景，想起自己对侨胞所作的舍命为革命的保证，便想带领意志坚决者与李准死拼。于是他决定召集愿留下的选锋一齐就近进攻督署，拟先杀张鸣岐。这时，陈炯明、姚雨平又赶来相告，说从顺德调回广州的巡防营，十个哨官有八个是同志，同意在发难时反正。
黄兴得此消息后，便与陈、姚二人商议决定仍在27日起义，于是发电报给胡汉民，催促在港和已返港的选锋全部到广州。同时，他让配送军火的徐宗汉连夜把藏在颜料罐中的枪弹取出来。徐宗汉取枪时怕开罐的叮当声引起邻居的怀疑，便让人以奏乐和唱歌来作掩饰，并在次日早晨以办喜事为伪装把枪械分发到各处。
4月27日下午三时，赵声与胡汉民在香港接到黄兴发来的“母病稍痊，须购通草来”的电报后，便急忙派遣所有在港的选锋二百余人去广州，他们自己则带领黎仲实、方君瑛、李佩书等人同船前往。五十一岁的谭人凤见状，亦自告奋勇和宋教仁率领三十多名愿往者乘船进了城。但当时有一些选锋未赶上开往广州的晚班轮，只能搭乘次日的早班轮；可是他们多数没有发辫，怕上岸后出事，又多不敢乘早班船。
这时，城内的谢恩里二牌楼机关已被李准破获，起义行动更为暴露。广州街头已是军警林立，戒备森严。黄兴见事已急，便想先发制人。他将原计划的十路进攻改为四路：他自统一队攻总督署；姚雨平部攻小北门，占枪炮局，接应巡防营和新军进城；陈炯明部攻巡警教练所；胡毅生部守南大门。黄兴还发给各队手表一块，螺角一个，以便准时按螺角声为号令发起行动，并布置各选锋臂缠白巾，脚穿黑胶鞋，以不致同志间相互误伤。
布置就绪后，黄兴又分出三十多人由喻纪云带领，让他去堵截观音山龙王庙的防军，使其不能救援督署。接着，他让一百三十余名队员在小东营五号机关所在地集合，进行动员，除发枪支弹药外，每人还分发白毛巾一条，大饼一个。朱执信本来不是选锋，但他坚决要求参战。林时爽对他说：“你穿的是长衫，怎么冲锋陷阵啊？”朱执信笑着说“不难不难”，说罢立即紧束发辫，用刀砉然割掉长衫的下半截，双手挟着两个炸弹站到了队列中。
黄兴分发子弹时，须发灰白的谭人凤率人赶到了，他报告香港情况后，还说在城门口遇见陈炯明和胡毅生两人都逃出城去了。黄兴一听急了，跺着脚说：“老先生，请您不要再扰乱我的军心了！今日就是只有我黄兴一人也要发难，何况现在尚有同志百余人呢！”
谭人凤急忙说：“我可是来参战的！”说着立即整装入列，并向黄兴要枪。
黄兴说：“先生年纪大了，后勤方面的事也得有人办。这是敢死队，请您就不要参加了！”
谭人凤这时生气了，说：“你们都不怕死，就我怕死？”
黄兴只好发给他枪，然而谭人凤接过枪，误触枪机，砰的一声走了火。黄兴急忙对他说：“先生不行，先生不行。”谭人凤只好把枪交还了黄兴。
黄兴一路起义后直扑总督府，百余人在混战中非死即伤
下午五时半，黄兴令吹螺号发动起义。他亲率队伍直扑总督署。这时，督署的卫队正在吃晚饭，突遭袭击，都纷纷逃命，卫兵管带被黄兴一枪击毙。正在二堂里等待用晚餐的张鸣岐，听见大堂里枪声大作，急令卫兵把门关上。等黄兴等人将门撞开时，他已从阁楼上逃走了。黄兴见张鸣岐的长衫还挂在衣架上，茶几上的茶碗还冒着热气，水烟袋尚有温热，便与人分头搜索。但卧室里也不见张鸣岐的影子，一怒之下，黄兴便在其床上点了一把火，退了出来。
黄兴等人一出东辕门，迎面碰上了李准派来的大队清兵。林时爽知道李准部下有不少同志，便上前高声招降，然而话未说完，就中弹牺牲。于是双方枪弹齐发，展开激战。突然，一颗飞弹击中了黄兴手中枪上的铁机柄，击伤其右手的食指和中指。黄兴此时顾不得痛，用伤指继续扳机射击。因见清兵势大，他只得率众且战且退。这时有人来报，姚雨平等其他三路都未发动。黄兴听了顾不得生气，立即将所率的百余人分成三队，一队去攻小北门以接新军，一队去攻督练所，他自率方声洞等十余人去攻南大门以接应巡防营。当黄兴等人冲到双门底时，突然遇到大队巡防营兵迎面而来，他们臂上未缠白毛巾。黄兴正犹豫间，他身后的方声洞举枪便击，一枪打死了带队哨官。巡防营兵立即猛烈还击，他们人多势众，向黄兴等人包抄过来。方声洞见状要黄兴撤退，自己留下作掩护。他左冲右突，一气打死二十余名清兵，然而自己身上也多处中弹，背上亦被刺伤，最后壮烈牺牲。然而方声洞不知，被他开枪打死的哨官竟是革命党人温带雄。温带雄听见起义枪声后即率军进城，准备攻打李准的水师衙门。由于怕路上遭到清军的阻击，他没让士兵缠上白毛巾。因姚雨平胆怯未能参与起义并前去接应，黄兴等人又不认识温带雄，于是就发生了一场惨痛的误战。而黄兴分派出的另外两队人，也在同众多的清军拼死作战中，死伤大半。
