12日凌晨，国民革命军开始攻城。攻击部队在炮火和机枪的掩护下，架起云梯开始登城，守军依托坚固的城墙，居高临下，疯狂地进行反击。国民革命军几次冲锋，均无功而返。
南昌城外临时搭建的国民革命军总司令部，亲赴南昌的蒋介石正在召集白崇禧、鲁涤平、朱培德以及苏联军事顾问加伦将军、鲍罗庭等人召开军事会议，商讨对策。
“健生，作为参谋长，你对攻克南昌有什么好的计策？”蒋介石一脸严肃地向白崇禧询问道。白崇禧字健生，时任国民革命军副总参谋长。因为总参谋长一职是由留守广州的黄埔军校副校长、广东省主席李济深兼任的。因此白崇禧名为副总参谋长，实则是代行总参谋长责职。
白崇禧沉吟片刻道：“总司令，职以为南昌城历史悠久，经过历年修缮加固，城墙实在过于高大坚固。在目前缺乏重武器的情况下，面对坚城，又背水而战，应该是不是考虑撤回到对岸，调集炮兵，并重新调整进攻部署。”
“健生此言差矣！”蒋介石求胜心切，怎肯轻易撤兵。于是，又转向鲍罗廷询问道：“导师，您的意见如何呢？”
鲍罗廷曾被孙文尊称为革命导师，蒋介石一直对他比较尊重，尤其是国民党二届二中后，更时执礼更甚。
鲍罗廷也觉得白崇禧的意见有点过于谨慎。见蒋介石向询问，便道：“总司令，我认为我们现在应该一鼓作气，一举攻下南昌城。”
“加伦将军，您的意见如何？”蒋介石又转向加伦将军询问道。
加伦将军见鲍罗廷支持蒋介石继续进攻的意见，遂也点头表示同意。
白崇禧见苏联顾问都赞同继续进攻，觉得自己孤掌难鸣，遂叹了一口气，默不作声了。散会之后，细心的白崇禧火速找到工兵营长，命令他立即率部去赣江搭建二座浮桥。
12日傍晚，蒋介石亲自来到第1军第2师，鼓励将士们奋勇杀敌。在师长刘峙的带领下，2师的黄埔系将领信心十足，纷纷表示不成功便成仁。
南昌守军司令邓琢如得知这一情报后，立即组织了敢死队，并悬赏5万大洋，捉拿蒋介石。这些敢死队员从南昌城下的水闸偷偷潜出，躲开了国民革命军的监视哨，摸到阵前，呐喊着杀入阵中。攻城部队背水列阵，顿时秩序大乱，自相践踏。正准备攻城的2师6团已经被包围，几乎全军覆没。此时，南昌城门大开，邓琢如从城中率主力全数杀出。国民革命军在慌乱中顿时溃不成军，一直败退到赣江边。幸亏白崇禧事先已在赣江上游搭了两座浮桥，部队才得以仓惶退退到赣江西岸，勉强稳住阵脚。一查点，才发现部队损失大半，装备物资大多丢弃，2师5团团长白志文等阵亡。
二攻南昌失利，让蒋介石自感又羞又愧，陷入极度的自责之中。他在日记中写道：“因余之疏忽鲁莽，致兹失败，罪莫大焉，当自杀以谢党国，且观后效如何。”
进攻南昌失利后不久，各种谣言漫天飞舞。有人称看到“蒋介石在南昌附近受伤严重，系子弹中其腹部，因而致亡。俄人鲍罗廷、加伦等也受伤，均抱头鼠窜而去”等等。孙传芳、吴佩孚等纷纷弹冠相庆，通电祝贺。
在检讨会上，蒋介石认为南昌失败的最大原因为通讯不灵，各军彼此不能相顾，各自为战。所以在进攻南昌失败之后，国民革命军赶紧购置了新式无线电发报机，并自若溪经奉新、高安至樟树一带架设有线电话，以便各军切实联络。然后，各部队进行了兵员、弹械的补充。至于指挥方面也进行了重新部署，使职权更加统一，指挥更加灵活。
连续二次在南昌城下的惨败，使蒋介石的头脑终于清醒和冷静下来，不再一味蛮干，急于求成。10月14日，他通知各军暂取守势，主力集结于南浔路以西地区整顿，准备第三次进攻。整顿期间，他“痛诫”1、2师长官，责骂王柏龄、王俊“根本不是带兵人才”，开始对1师的领导班子进行整顿，考虑物色新师长的人选。同时，决定调在两湖战场上屡建功勋的第4军及贺耀祖的独立第2师来赣。贺耀祖独立第2师原是直系湖南省长赵恒惕的部属，因在湖南战场上阵前倒戈，被国民革命军收编之后重新组建而成的。
为了再次夺取南昌，国民革命军总司令部再次召开军事会议。除了总司令蒋介石，与会还有副总参谋长白崇禧、第2军军长鲁涤平、第3军军长朱培德、第6军军长程潜、第2师师长刘峙等高级将领。当然，还有苏联政治顾问鲍罗廷，军事顾问加伦将军。会议记录是由蒋介石的高级军事侍从参谋、上校加少将军衔的共产党员、黄埔一期毕业生、黄埔三杰之一的蒋先云担任。
中山舰事件后，蒋先云按照党的指示，公开当众宣布退出国民党，此举曾在当时引起哄动，并让蒋介石十分难堪和尴尬。但也许是蒋介石爱惜人才，虽然明知蒋先云是共产党员，却仍将他安排在自己的身边工作。北伐伊始，蒋介石又将蒋先云调到国民革命军总司令部，让他担任自己的高级待从参谋，授上校实衔加少将衔。蒋先云本不愿去蒋介石身边工作，想带领部队去前线。但是组织上经过深思熟虑，决定他还是去总司令部工作，以便能及时掌握最新的军事情报和动态。
“诸位，前二次南昌失利，归纳起来主要有以下几个原因。第一、由于缺乏大功率的电台，造成各军之间通讯联络不畅，各自为战，给了敌人有可乘之机。第二，由于轻敌，一味猛攻南昌，没有消灭孙传芳的主力部队，致使南昌得而复失。为了确保这次战役的胜利，我已经电令陈可钰的第4军和贺耀祖的独立第2师立即赶赴南昌，协同作战。健生，对此次战役，你有什么好的想法？”
“总司令说的对，此战我们不应太顾及一城一地之得失，而是应该集中所有的有生力量，首先消灭孙传芳的主力部队。”
“健生说的不错，不错。”蒋介石见白崇禧支持自己的意见，心中甚感欣慰，遂又转向加伦将军问道：“加伦将军，你认为意下如何？”
“我完全赞同总司令和白参谋长的方案。我再补充一下，要消灭孙传芳的主力部队，我认为首先应该切断南浔铁路，使其不能利用铁路快速机动，从而可以被我从容地各个击破。只要消灭了孙传芳的主力部队，南昌就会变成一座死城，可以一鼓而下。”
加伦将军说完之后，众将领纷纷鼓掌表示赞同。
蒋介石见大家意见比较一致，遂起身命令道：“此战，我军将从三个方向发动进攻。具体部署为左翼军，由第2、第3军组成，由第3军军长朱培德统一指挥。中央军，以第6军为主，由副总参谋长白崇禧协助指挥。左翼军，由第7军及新近调赣的第4军与独立第2师组成，由第7军军长李宗仁统一指挥。总预备队由第1军的第1、第2师及炮兵团组成，由第2师师长刘峙统一指挥。”
11月3日，第6军奉命向乐化发起进攻。战斗中，孙传芳的第4、6两旅约6000余人死守火车头，架设野炮随行随射，第6军部队被炮击阵亡达400余人，阵势顿形松懈。危急时刻，第1师第1团赶到，从侧面向孙传芳的部队发起了牵制性攻击，从而减轻了第6军正面的压力，并极大地振奋了第6军的士气。最后，在总预备队第1、第2两师与炮兵团支援下，发起了冲锋，终于攻占了乐化火车站。
第1、6军夺取乐化后，第6军第19师乘胜追击，占领了涂家埠车站。其余各部队也先后占领了牛行车站、德安等各处要点。至此，南浔铁路被国民革命军彻底截断，南昌已处于北伐军的重重包围之中。
此时的邓琢如见势不妙，早已经率部逃跑，整个南昌城内仅有唐福山等残部两三千人。不久，内外交困的唐福山只得率城内残部投降，退出城外接受改编。11月8日，国民革命军在城内工人的引导下光复了南昌。此役，南昌周边孙传芳部队约有2万余人被陆续歼灭。至此，孙传芳的主力基本上全军覆灭，他本人也只得经芜湖仓皇退往南京。
11月9日，蒋介石率国民革命军总司令部移驻南昌，任命朱培德为江西临时政治会议代理主席，组成江西临时政治委员会，作为省临时政府。
随着国民革命军分别占领了武汉和南昌，革命形势一片大好。在上海的中共中央也召开了以如何应对时局的紧急会议。会上，张国焘提议中央机关应迁往革命的前沿和中心武汉，不要总在上海的亭子间对各地的革命和战争遥空指导。随后，中央先后调派项英、林育南、罗章龙、聂荣臻等充实湖北区委，李立三、毛泽东、刘少奇、恽代英、张太雷、瞿秋白等也陆续前往武汉开展工作。
武汉和南昌的收复，长江以南除孙传芳控制的苏浙地区外，基本上都已经被国民革命军占领或控制。为此，作为国民革命军总司令的蒋介石，声望也随之日渐提高，如日中天。
这一切引起了第8军军长唐生智的强烈不满。首先、现在的唐生智可不是北伐前夕，被赵恒惕打的晕头转向，走投无路的湘军师长了。其次、为了攻打南昌，蒋介石几乎将第1、2、3、4、6、7军的主力都先后调入了江西战场，两湖地区成了他唐生智一家独大。其三、乘着国民革命军主力在南昌反复争夺之时，唐生智在两湖地区大肆扩充和收编兵力，实力大增。其时，他的部队虽名义上仍称为第8军，但兵力已达十万余众。为此，他串通了留守在广东后方的李济深等国民革命军中的一些高级将领，打出了“迎汪抑蒋”的旗号，希望请回汪精卫，以牵制蒋介石。
上海，老渔阳里2号陈独秀的住宅。奉蒋介石之命专程前来拜访陈独秀的陈果夫，正在和陈独秀进行磋商。
“仲甫先生，总司令此次令祖焘前来拜访，是有一事欲与先生相商。”陈独秀名庆同、字仲甫、号独秀。陈果夫名祖焘、字果夫。
“果夫先生，但讲无妨。”
“目前我党中有些同志对蒋总司令领导的国民革命颇为不满，他们打算秘密地请汪先生回国主政，并准备不利于蒋总司令。”
“哦，果夫先生，这是贵党的内部事务，如何与我相商？”陈独秀有点疑惑地看着陈果夫道。
“仲甫先生，蒋总司令希望你们中共或者共产国际出面，帮助劝说或阻止汪先生回国。”
陈独秀沉吟片刻道：“果夫先生，我们的主张是赞同汪先生回国，但我们不是迎汪反蒋，而是要实行汪蒋合作，以维护国共的统一战线。”
