蒋介石在广州筹建军校工作全面展开的时候，又以“环境恶劣，办事多遭掣肘”为理由，向国民党中央提出辞呈，并让他的英文秘书王登云召售筹备人员说：
“蒋先生已决定黄埔军校不办了，筹备处马上解散。马上就发给每人遣散费。”
邓演达和叶剑英坚决反对散伙，还有一些人表示怀疑。邓演达和叶剑英去请示廖仲恺，廖说：
“应该了解，办黄埔军校是党要办的，而且一定要办成。你们应以君子爱人以德的态度帮助蒋先生。如果党要办，蒋先生不要办，或因此办不成，蒋先生要开罪于党，将来他如果想回来再参加革命，怕也很困难了。所以筹备工作要照常进行。”
蒋介石还是擅自离开广州，悄悄地去了上海。
孙中山对蒋辞职一事批示：“务须任劳任怨，勉为其难，从难苦中去奋斗，百折不回，以贯彻革命党牺牲之主张，所请辞职，碍难照准。”
蒋介石辞呈中所说“办事多遭掣肘”，实际上是他反对联俄联共，反对革命。苏联顾问为革命说了几句话，他就不高兴，拂袖跑到上海去了。蒋介石到上海后给廖仲恺写信说：
以弟观察，俄党殊无诚意可言，即弟对兄言俄人之言只有三分可信者，亦以兄过信俄人，而不能尽扫兄之兴趣也。至其对孙先生个人致崇仰之意者，非俄国共产党，而乃国际共产党员也。至我国党员在俄国者，对于孙先生惟有诋毁与怀疑而已。俄党对中国之唯一方针，乃在造成中国共产党为其正统，决不信吾党可与始终合作，以互策成功者也。……其故在于中国人只崇拜外人，而抹杀本国人之人格，如中国共产党员之在俄者，但骂他人为美奴、英奴与日奴，而不知其本身已完全成为一俄奴矣。吾兄如仍以弟言力不足信，而毫不省察，则将来恐亦不免堕落耳。……弟在俄行动，自觉无可为人诽谤之处，亦无失却党体之点，因入共产党问题，而弟以须请命孙先生一语，即以弟为个人忠臣相讥刺，弟自知个性如此，殊不能免他人之笑。然而忠臣报君，不失其报国爱民之心，至于汉奸、汉奴，则卖国害民而已也。吾愿负忠臣卑鄙之名，而不愿带洋奴光荣之衔，窃愿与兄共勉之！
蒋介石的离去引起众人议论，苏联顾问切列潘诺夫则说：“蒋介石担心，在广州的军阀，其中包括滇系军阀，不赞成创办黄埔军校，因而会解除军校学生的武装，最后会跟他算账。”
方鼎英说：“滇军第3军军长范石生，曾当面奚落蒋介石曰：你在黄埔办什么鸟学校，你那几根‘吹火筒’，我只派一营人就可完全缴你的械。”
广州公安局长吴铁城说：“这个胆小鬼是靠不住的。一有风吹草动，蒋介石为了躲避风险，总是逃跑，躲到一个安全地方。这次他逃跑了，下次他还照样逃跑。不能依靠他。”
蒋介石逃跑后，孙中山命廖仲恺代理军校筹备委员会委员长。
经廖仲恺的一再催促，经孙中山派去的许崇清的劝说，蒋介石终于在4月下旬返回广州。
1924年5月，孙中山任命蒋介石为黄埔军官学校校长兼粤军总司令部参谋长，命廖仲恺为军校党代表，命王柏龄为军校教授部主任、叶剑英为副主任、戴季陶为政治部主任、张申府为副主任、李济深为教练部主任、邓演达为副主任、周骏彦为军需部主任、俞飞鹏为副主任、林振雄为管理部主任、陈适为副主任、何应钦为总教官。
不久，戴季陶、张申府相继离职，邵元冲继任政治部主任。邵元冲随孙中山北上后，便由周恩来继任。周恩来于当年8月初自法国返回，到达广州担任中共广东区委员会委员长。还在黄埔军校筹备期间，廖仲恺、戴季陶就希望张申府能够推荐一些在国外学习的优秀学生到黄埔军校来。张申府是由李大钊介绍，来广州拟担任广东大学图书馆长的。他一次就开了周恩来、周佛海等12人的名单给廖仲恺。廖先是聘请周恩来任黄埔军校政治教官，后任命为政治部主任。周恩来精力充沛，学识渊博，态度和蔼热情，工作细致周详。
从黄埔军校于1924年10月建立教导团开始，蒋介石逐渐培植自己的军事力量。蒋介石委托陈果夫等在江、浙、沪招募新兵。又在广州招考学兵队，培养教导团下级干部。教导团1团团长为何应钦，2团团长为王柏龄。不久，教导团改编为党军第一旅，归蒋介石节制调遣。
在军校教导团成立的同时，又以黄埔军校学生为骨干，建立了另一支革命武装——铁甲车队。这支革命武装是由周恩来领导建立起来的，全队150人左右，正副队长徐成章、周士第、以及军事教官赵自选，党代表廖乾五、政治教官曹汝谦均为共产党员。后来铁甲车队再扩充一部分黄埔军校学员，建成叶挺独立团。叶挺曾担任孙中山卫队团营长。孙中山派他到苏联学习一年多，他在那里加入了共产党，回国后便担任团长。
广州是革命力量同反动力量决斗的中心。广州商团在英帝国主义的支持下，从1924年5月开始酝酿叛乱。英帝国主义分子对商团团长陈廉伯说：“如果你能够运动商团，反对政府，我们英国便帮助你组织商人政府，你陈廉伯就是中国的华盛顿。”
陈廉伯于5月27日主持召开“商团乡团会议”，宣布要在8月14日推翻大元帅府取而代之。
孙中山得知这一消息，立即采取措施。8月9日晚，孙中山命长洲要塞司令蒋介石扣留商团购买的长短枪9800支，子弹300多万发。广州政府下令通缉陈廉伯。
8月12日，商团1000多人列队到大元帅府请愿，要求发还扣留的枪械，并以罢市相威胁。孙中山揭露了陈廉伯运动商团策划叛乱的阴谋，要求商团自行检举陈廉伯的罪行。商团竟不服从，25日，广州商人总罢市。
孙中山、廖仲恺一面派出湘、滇、桂、豫各军1000多人，进驻佛山市区和铁路沿线，预为防范；一面电告各地商会，晓以大义，明以利害，劝其复业，不要附逆作乱。
不料，那些挂着国民党招牌的军阀头目暗中同商团相互勾结，狼狈为奸。滇军总司令杨希闵、桂军总司令刘震寰、湘军总司令谭延闿、粤军总司令许崇清、豫军总司令樊钟秀、福军总司令李福林等，以调停为名，向商团暗通款曲，给孙中山施加压力。尤其是滇军范石生、廖行超等，竟以“不欲驻地糜烂”为借口，要孙中山缓行军事处分，他们私下同商团密议，提出6项条件，要孙中山接受，即：政府交出所扣枪械；商团交纳军费50万元；陈廉伯、陈恭受发表通电拥护孙中山政府。孙中山几次向范石生、廖行超晓以大义，明以利害，要他们站在政府立场上，一致对付商团。
范、廖本性难移，就是不听。孙中山大怒，他召集商团头目和范、廖等人座谈，范、廖2人分座在孙中山左右两侧。孙中山指着范、廖道：“我不怕商团联合左右两只老虎向我反噬。”
范威胁孙道：“市面危机四伏，险象环生，万一变故发生，全局皆坏，所谓小不忍，则乱大谋。在此两三日内，无论若何，必要解决，否则，我撒手不理，将全军调回。”
孙中山闻言，颜色立变，但身受扼制，也无可如何。范石生还以撤廖仲恺职为条件，要廖仲恺去职。
在右派的压力下，廖仲恺辞去了广东省长职务，由胡汉民继任，广州市长和公安局长也换成了同情商团的人，并交还了所扣枪械，广东的人事发生了变化，商团的反动气焰重趋高涨。
10月10日，广州各界举行庆祝双十节大会。30多个爱国团体和学生、市民三四万人举行游行示威，高喊“打倒帝国主义”、“推翻反动军阀”、“打倒一切反革命派”、“实行国民革命”、“复活辛亥革命精神”等口号。游行队伍在太平路至西豪口之间，与全副武装的商团军相遇，商团团丁先是不准游行队伍通过，继而开枪，当场打死20多人，受伤10多人，被捕10多人。团丁将打死的，刨肝剖肺、割头断脚，把死尸分成无数部分，拿到沿街示众。次日，商团军封锁市区，迫令商店罢市，张贴“打倒孙政府”、“请孙文下野”的反动标语。
广东政府立即成立革命委员会，孙中山为会长，廖仲恺、许崇清、汪精卫、蒋介石、谭平山、陈友仁为委员，作为平定叛乱的最高指挥机关。
孙中山又任命蒋介石为指挥，廖仲恺、谭平山为正副监察，负责平乱。孙中山限令在24小时内，务必解除商团武装。孙中山下令由黄埔军校、铁甲车队、工团军、飞机队、农民自卫军、陆军讲武学校、滇军干部学校、兵工厂、吴铁城的警察部队参加平叛战斗。
10月14日黄昏时分，政府军向商团军发起进攻，商团军在西关一带架设天桥、炮台、构筑街垒，厚建竹木栅，进行顽抗。政府军采用火攻，由消防队救火车载煤油喷射连接各马路的竹栅，引火燃烧。顿时烈焰冲天，西关一带化为火海，街垒路堡，立成灰烬，有1000多家商店也悉数被焚，商团军不堪火攻，迅即溃散，或缴械投诚，或弃甲而走。
陈廉伯在沙面租界内指挥，眼看大势已去，窜上了英舰，商团副团长李颂韶纳械请降。另一商团头目陈恭受用巨款收买滇军，逃往香港。至此，商团叛乱被平息。
北京政变后，孙中山感到曹吴倒台，废帝被逐，确实发生了有利于革命的变化。他本着和平统一全国的初衷，认为，根本之图，尤在速谋统一，以从事建设，庶几分崩离析之局，得以收拾，长治久安之策得以实施。因此，他权衡轻重，决定即日北上，共筹统一建设之方略。他任命胡汉民留守广州代行大元帅职权，以谭延闿为北伐联军总司令，主持北伐。
11月13日，孙中山偕宋庆龄以及随行人员汪精卫、李烈钧、陈友仁、邵元冲等30多人，乘永丰舰离粤北上。抵香港后，改乘日本邮船春阳丸号赴上海。
孙中山一行抵达上海，受到各界群众1万多人的热烈欢迎。但当上海群众涌上街头欢迎孙中山时，法租界当局竟出动巡捕驱散群众，捕去指挥者数人，对于帝国主义者的挑衅，孙中山发表声明说：“上海为中国之领土，吾人分明居主人之地位。住在上海的那些外国人，都是客人，主人在自己的领土之内，无论干什么，客人完全不能干涉。中国人民早已不能忍耐外国侨民在中国领土上飞扬跋扈，要不惜一切努力收回租界。”
孙中山等离沪继续北上，因津浦路受战争影响不通车，上海至天津的客轮头等舱客票已售完，他们便取道日本乘日轮赴天津。在途经日本的长崎、神户、门司等地时，受到日本各界人士、旅日华侨和中国留学生的欢迎，孙中山多次发表演说和谈话，宣传对时局的主张。
孙中山一行抵达天津时，国民党举行欢迎孙中山的活动受到外国帝国主义者的阻挠，法捕房拘捕了国民党发传单的人，国民党的直隶省党部和天津市党部被法捕房查抄，禁止孙中山出席在国民饭店的宴会，但天津人民热烈欢迎孙中山的来临。共产党北方党组织派赵世炎专程赴天津迎接。中共天津地委联络天津各团体，发起成立天津市民欢迎孙中山筹备会，孙中山抵达天津码头时，50多个团体2万多群众前往欢迎。市民自动张灯结彩，燃放鞭炮。当晚又举行了欢迎孙中山的茶会，孙中山因病不能赴会，派代表出席。马千里、邓颖超等赴孙中山住所张家花园向孙表示慰问。
孙中山抵津，首先对张作霖作礼貌上的访问。次日，张作霖到张家花园回拜，孙中山正在静卧中，孙科表示谢绝客人。张作霖一面昂然而入，一面回答说：
“今天我来向孙先生说话，孙先生可以睡在床上，不必开口回答。”
张作霖关起门来同孙中山密谈，劝孙放弃联俄、联共政策，说这是外国公使反对的，而外国人是不好惹的；他愿代孙疏通外国人的感情，又保证说：
“这事包在我张作霖一人身上，一定可以成功。”
孙中山听了，又好气，又好笑。
段祺瑞派叶恭绰、许世英来天津名为欢迎孙中山，实则要劝说孙中山不要“过于激烈”，以免引起“列强干涉”。孙中山在病榻上接见了叶、许。许世英向孙中山报告了段祺瑞所谓“外崇国信”的声明和善后会议条例。孙中山大怒，厉声问道：
“我在外面要废除那些不平等条约，你们在北京偏偏地要尊重那些不平等条约，这是什么道理？你们要升官发财，怕那些外国人，要尊重他们，为什么还来欢迎我？假如不打倒帝国主义，我就不革命了！”
孙中山这次震怒，使他的肝病加剧。孙中山因为直系军阀还在兴风作浪，不愿授人以隙，所以仍然扶病入京，打算采取政治斗争的方式，以改变直系倒台后的“换汤不换药”的局面。
北京前门车站10余万群众热烈欢迎孙中山。中共北京地委在孙中山下榻的北京饭店门前，组织群众举行欢迎会，表达北京人民对孙中山的欢迎和爱戴之忱。孙中山因病情沉重，无法直接向群众讲演，发表了书面谈话和《入京宣言》。
冯玉祥让夫人李德全持亲笔信去看望孙中山。孙将6000本《三民主义》、1000本《建国大纲》和《建国方略》，赠送给冯，由李德全带回，冯将这些书作为国民军官兵的教材。
孙中山患的是不治之症——肝癌。他在重病中仍然领导国民党抵制段祺瑞的“善后会议”，筹划召开国民会议。当时，国民党中央政治委员会委员仅汪精卫一人在京，孙中山决定加派于右任、李大钊、陈友仁、吴稚晖、李石曾5人为委员，并手谕设立北京政治委员会，负责处理日常事务。
1925年2月24日，孙中山口授遗嘱及家事遗嘱，由汪精卫笔记，并以英语口授致苏联遗书，由鲍罗廷、陈友仁、宋子文、孙科等笔记。
3月11日，孙中山在遗嘱及遗书上签字，随后又对周围的人说：
“我死了，四面都是敌人，你们是很危险的，希望你们不要为敌人软化。”
孙中山在弥留之际，用微弱的声音呼喊：“和平、奋斗、救中国。”
3月12日9时30分，孙中山与世长辞，终年59岁。
孙中山的《遗嘱》是：
余致力于国民革命凡40年，其目的在求中国之自由平等，积40年之经验，深知欲达到此目的，必须唤起民众及联合世界上以平等待我之民族，共同奋斗。
现在革命尚未成功。凡我同志，务须依照余所著《建国方略》、《建国大纲》、《三民主义》及《第一次全国代表大会宣言》，继续努力，以求贯彻，最近主张开国民会议及废除不平等条约，尤须于最短期间促其实现。是所至嘱！
北京75万人先后在孙中山灵堂前致祭。共产党人李大钊、林伯渠等参加了守灵和执拂。
4月2日，孙中山灵柩移奉西山碧云寺，参加送灵的达30余万人，并有2万多名学生。学生、军人和工人等沿途散发宣传孙中山关于召开国民会议和废除不平等条约的传单，并高呼“打倒军阀”、“打倒帝国主义”、“中山主义万岁”、“国民革命万岁”等口号。北京和全国各地群众悼念孙中山的活动，形成了一次广泛强大的政治宣传运动。
广东革命政府在平定商团叛乱后，陈炯明乘孙中山北上之机自封为“粤军总司令”，下令进攻广州，在陈炯明的指挥下，叶举、洪兆麟部集中惠阳、平山，向石滩进犯，谋窥广州；林虎一部向龙门、增城北面进扰，以策应叶举部而夹击广州；林虎另一部则向赣边之南聚集，企图切断北伐军之后路。
1925年1月25日，广东革命政府决定讨伐陈炯明，遂将许崇清的建国粤军、杨希闵的建国滇军、刘震寰的建国桂军、谭延的建国湘军及黄埔军校学生队、两个教导团，组成东征联军，以杨希闵为联军总司令。
东征联军分左、中、右3路。根据苏联军事顾问加伦的建议，右路军由粤军和黄埔军校组成，由许崇清统率，肃清广九铁路沿线的敌军，然后向淡水、平山、海丰、汕头一线进攻；左路军由杨希闵的滇军担任，向河源、五华、兴华一线推进；中路军由刘震寰的桂军担任，攻占惠州城并策应两翼。
2月10日前，右路军完全占领广九铁路，接着便攻取淡水。右路军决心采取速战速决的战法，争取惠州敌援军尚未赶到之前占领淡水，并以黄埔教导团为攻城主力，攻淡水之东南，粤军第2师攻城之西北，拦截北面增援之敌，粤军独立第7旅攻城之东北。
黄埔校军由蒋介石以粤军总司令部参谋长和黄埔军校校长名义统率，党代表廖仲恺、政治部主任周恩来、苏联顾问斯捷潘诺夫、什涅伊杰尔参加指挥作战。周恩来指示铁甲车队一部参加东征。周恩来还组织了由共产党员参加的宣传队，将50万份致士兵的传单、10万份致农民的传单，5万份革命歌曲带到前线散发。粤军张民达的第2师以及第7独立旅，亦纳入校军。
2月14日，校军教导团组织敢死队，由8名共产党员学员和2名国民党员军官及100名士兵组成。次日清晨，在炮兵及步机枪猛烈火力掩护下，用云梯攀登入城，进入淡水城内和敌军巷战肉搏，全歼守敌。
敌援军洪兆麟部赶到，在淡水城东北同粤军第7独立旅、教导团一部展开激战，教导二团团长王柏龄临阵走脱，共产党员陈赓等主动率学生军迎击敌人。师长张民达、参谋长叶剑英率粤军第2师及第7独立旅配合作战，激战至傍晚，敌援军退去。战役结束后，蒋介石免去王柏龄团长职务，由沈应时接任，沈负伤后，由钱大钧代理。
右路军兵分两路攻击海丰。共产党员彭湃领导农民群众，立即将过去埋藏地下的土枪、土炮等武器挖出来加以修理。农民群众踊跃担任运输、向导、侦探以至帮助挖筑战壕，袭击小股敌军，直接参战。
3月1日，右路军在农民群众的配合下，顺利拿下海丰，又在以后的几天内控制了整个潮汕地区。
由于滇桂军阀刘震寰、杨希闵同陈炯明、林虎早有密约，东征联军之左路军和中路军始终按兵不动，致使林虎得以从容集中其主力2万多人，从兴宁、梅县等地南下，阴谋一举将右路军歼灭于揭阳、潮汕之间。林虎军素以强悍著称，是陈明炯主力。3月13日，双方在棉湖遭遇，展开一场激战。参加右路军作战的，除粤军许济旅、黄埔教导团外，还有陈铭枢旅、吴铁城旅。张民达师留守潮汕。
这是一场恶战。黄埔教导团团长何应钦亲自率领卫士队手机枪排，把冲入阵地之敌打退，卫士死伤多人，情势极其危险。蒋介石眼见这种情况，颇感忧虑，对何应钦说：
“何团长，你要坚持，必须想办法挽回局势，我们不能后退一步，假如今天在此地失败了，我们就一切都完了，再无希望返回广州了，革命事业也得遭到严重挫折。”
蒋介石转过去询问炮兵连长陈诚说：“为什么6门大炮都打不响了，能不能再试一试。”
随即，蒋介石及苏联顾问跟着陈诚来到炮兵阵地。
陈诚把一门山炮加以调整，装上炮弹，对准正聚集在前方小河对岸的几百敌军，亲自拉火，事有凑巧，果然一炮打响了，炮弹正落在这群敌人中间爆炸，打死了几十个敌人，敌人一哄而散，向后奔逃。接着几门炮都打响了，且打中目标，几处敌人纷纷后退。黄埔军官兵突然士气大振，奋勇反攻。
黄埔教导二团进击鲤湖附近，等待蒋介石的命令，久候不得，虽然听到一团剧烈的枪炮声，但团长钱大钧不知当机立断，坐失良机，后来营长刘尧宸实在忍耐不住，独自率领本营前进，同林虎的总预备队展开战斗。钱大钧听到刘营战斗的枪声，才命令全团迅速加入战斗，实行猛攻。林虎没有想到侧后方会遭到如此猛烈袭击，事出意外，手足无措，只好后退。林军顿时陷入混乱状态，全线溃退。
3月19日，黄埔教导团二团及陈铭枢旅经五华冒雨进攻兴宁，首先击败城外守敌，然后发起攻城，教导一团亦从五华赶到，协同作战。经过激烈战斗，重创敌军，林虎率残部向东逃窜，右路军乘胜向梅县追击，林虎军弃梅县县城落荒而逃。
陈炯明残部先后退出东江地区，向闽赣边境逃窜，困守惠州的陈军杨坤如部，经廖仲恺派员劝降，杨坤如被迫宣布下野，杨部被改编为滇军第8、9两师。至此，第一次东征胜利结束，陈炯明再度逃到香港。
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