按照临时中央常委会的部署，常委张太雷、李立三和恽代英、邓中夏、聂荣臻已赶到叶挺师和贺龙军驻屯的九江，和叶挺等人一起举行军事会议，决定在南昌举行暴动，解决汪精卫在南昌三个军的武装，以确保起义成功。
组织这样大的军事行动，这对年轻的周恩来来说是一次严峻的考验，也是他军事生涯中的一个里程碑。怎样把这一次起义组织得周密无懈，尽可能地把我方的牺牲减至最低，这些问题一直搅得他食寝不安。周恩来这时候觉得在军事上需要一个得力的助手。这个人既要有秘密组织大规模兵暴的经验，又要有丰富的作战指挥经验。他选中了川军名将刘伯承。
根据周恩来的提议，刘伯承任南昌起义参谋团的总参谋长。可以说刘伯承是我军第一任总参谋长。
川中名将刘伯承和周恩来一起参与擘画了南昌起义，从此，他也以这支军队的缔造者之一载入史册
刘伯承坚决听从共产党的指示，乘江轮前往九江，参与擘画南昌起义。
为了迷惑国民党右派，他特在武汉《国民日报》发表消息如下：“暂编第十五军军长刘伯承、副军长黄慕颜，先后来汉向中央陈述与川中反动军阀奋斗情形，极力中央嘉奖。近刘军长因病，特向军事委员会请假调养，其职务交黄副军长代理，已蒙军委批准。”
7月27日，周恩来在江西大旅社宴会厅召开前敌委员会会议。周恩来说：“我们这次起义是敌人逼出来的，不如此便没有出路。起义只能成功，不能失败。成功的关键在于团结一心，众志成城。在于有周密的准备，出敌不意，攻其不备，一举歼灭南昌的敌人。”接着，周恩来和其他委员详细讨论了起义的有关问题。为了便于准备，决定将起义日期由28日推迟到30日。
刘伯承根据周恩来的指示，到第20军军部协助贺龙拟制起义计划。他与贺龙曾在四川讨贼战争中并肩战斗，久已相识，这次在南昌城里重逢，而且又都汇入到了无产阶级的革命队伍之中。两人格外高兴。
计划很快就出来了。周恩来让征求叶挺的意见。刘伯承初会叶挺，两人过去是闻名而未见面。叶挺接过计划，看得很仔细。看完，立即把计划退还给刘伯承，可始终一言不发。刘伯承感到很奇怪，不知叶挺对计划持什么态度，他就去问周恩来。周恩来笑着说：“噢，你还不熟悉他，他就是这个样子，要是不说话，就是表示赞成。”
起义计划详细列举了国民党反动军队在南昌乃至江西地区的兵力部署，其中驻南昌的兵力为5个团约3？000余人。起义军方面共有2万余人，占有明显的优势。但就南昌外围乃至整个江西而言，起义军又处于明显的劣势。
根据起义计划，参加起义的各部队、各将领任务区分如下：
叶挺指挥第24师解决敌第6军第53团和第3军的第23团、第24团；
贺龙、刘伯承指挥第20军攻占朱培德的第五方面军总指挥部，并负责解决敌第9军第79团和第80团；
聂荣臻向驻马回岭的第25师周士第等传达前敌委员会决定并领导该部起义；
朱德利用南昌公安局长和第3军军官教育团团长的身份，加强在敌军中的工作，了解南昌敌军的动态。
