江南制造局始建于1865年（同治四年），是清政府当时规模最大的兵工厂，防卫极严。通常它驻有一个巡防营，两个炮兵营，还有各一营的护卫亲兵、护厂警士。
当日，陈其美动员各路民军进攻制造局，通过开阔地带，发起冲锋。可制造局守军依托有利地形和优势火力进行顽抗，民军一度进攻受挫。陈其美不惜亲身犯险，与李平书一起进入制造局劝说总办张士珩投降，结果李平书被释放，他却被张士珩扣押在了制造局内，幸亏有心向革命的军人劝阻，陈其美才没有被杀。
起义到了危急关头，民军决心冒死一战，革命党人调集各路人马，全力攻击制造局，在经过六个小时的激战后，于翌日凌晨4点，终将制造局攻克，并救出了陈其美。
11月5日，浙江革命党人发动起义成功，杭州全城光复。同日，在上海革命党人的策动下，驻苏州的江苏巡抚程德全宣布反正。
6日，李平书主持上海城厢自治公所、商务总会、商团各界骨干会议，讨论组织都督府。同盟会系统，陈其美的部下黄郛、刘福彪力主推举陈其美为都督，商界领袖都和陈其美建立了良好关系，大家纷纷表示赞成。
第二天，陈其美即发布就职通电，出任沪军都督。但是，上海起义时，光复会领袖李燮和居功甚伟，都督府成立后李燮和被排挤出了权力中枢，本来成见很深的同盟、光复两会更增添了隔阂，为后来的陶成章之死埋下了伏笔。