郑死后，袁又派杨善德继任上海镇守使。杨比较暗弱，对革命党大有好处。于是蒋即奉命于12月初草拟作战计划，谓之《松沪起义军事计划书》。计划要点为：一、首先夺取海军为据点，同时，夺取陆地炮台；二、最后夺取上海制造局。这个计划，是蒋接受了二次革命时，因忽视海军而失败的教训制成的。此策划为陈其美采纳，决定12月5日下午4时举行起义。陈任总司令，杨虎任海军陆战队司令。蒋和陈亲自于陆上督战。但肇和舰发炮未几，即因制造局未及时还击，误以为制造局已经攻克，而停止发炮；而制造局起义人员，则因此误以为攻占肇和舰行动失败，未举事响应。因此攻占制造局战斗失败。进攻警察局、工程局的战斗，也很快相继失败。蒋参加了对警察局的进攻。据山田纯三郎回忆说，蒋于作战中沉着勇敢。

起义失败后，蒋随陈仍回渔阳里五号。然后二人跳窗逃跑，同逃者还有邵元冲。12月6日晨，瑞应、通济两舰官长因受袁贿赂，转向肇和舰开炮。杨虎不能抵挡，也败下阵来。陈可钧等人，因负伤被俘殉难。这次失败，日驻上海总领事有吉明认为，陈和蒋太鲁莽，所以失败了。

12月11日，北京“国民代表大会”一致投票（1993票）通过实行帝制。12日，袁即发表演说，接受推戴决定称帝。19日，建立“大典筹备处”，准备登极事务。决定改中华民国为“中华帝国”，国旗为五色旗上加印红日一轮，表示五族拥帝之意。12月25日，云南护国军发动起义。31日，袁下令改中华民国五年为洪宪元年。云南护国起义发生后，各省先后响应。四川陈宦、湖南汤芗铭等亲信人物也因迫于大势而宣布反袁独立。

1916年3月20日，冯国璋、李纯、朱瑞、靳云鹏等人联名发电，劝袁取消帝制。一时间，袁众叛亲离，土崩瓦解。无奈之下，袁于22日下令取消帝制。4月14日，蒋与杨虎领导进攻江阴要塞，并发表独立宣言。但蒋攻占要塞五天后，又因内部分裂而失败。这次失败，只剩下蒋和两个十兵，仅三人撤退下来。其余官兵都纷纷逃跑了。蒋执政后经常讲他这一段光荣历史，宣讲当军人的就不能怕死。他的亲身经历对其以后带兵，是有影响的。

孙中山于同年5月初自日归国。9日再发表讨袁宣言，决心推翻袁世凯。袁世凯也对陈其美暗下毒手，买通叛徒张宗昌，主谋刺杀陈其美。张宗昌又以十三万元赏金物色凶手，并买通革命叛徒李海秋，欺骗陈其美，说是有：“鸿丰煤矿公司”要向日商中口实业公司贷款，请陈介绍签汀合同，合同成立后，可以出十分之四的款辅助革命。其实根本无此公司，是由许国霖、程子安假造出来的。陈因经费困难，无及细想，便同意了。5月18日下午2时许，陈抱病从渔阳里寓所乘人力车到萨坡赛路14号总机关办公。这个总部，是日人山田纯三郎租赁的。一楼为客厅、食堂，二楼山田所住，三楼为总部。陈刚一上车，车夫就问是到萨坡赛路吗？陈其美顺口答是，但心中甚疑。到总部后又对吴忠信说及此事，吴亦认为奇怪，但全无疑及李海秋之事。不久，许国霖等三个中国人和两个日本人一同来到总部客厅。大家刚一入座，李海秋即告说忘带合同，起身出门去取。就在此时，闯入两个汉子，一个是张宗吕的营长对准陈其美连续射击，陈中弹倒地而亡。丁景梁等人亦负伤。混乱中凶手逃走。

陈死后，山田却将陈尸抛到门外，不愿连累。蒋介石闻讯赶来，雇车载陈尸回法租界蒲石路新民里十三号自己寓所。陈身无分文，只留二十元于身后。

5月20日蒋为陈撰祭文于上海，自称为陈之义弟。祭文哀叹“呜呼！自今以往，世将无知我之深，爱我之笃如公者矣。”并立志“死者之业未成而生者成之。”继则倾诉世事和革命之艰辛：“世路崎岖，人心险阻，瞻前顾后，徒增寒心。”整个调子，十分悲凉悽怆，低徊不已。至1917年5月，蒋奉陈灵柩归葬于浙江吴兴县太湖之滨。孙中山为题墓碑“陈英士先生之墓”。事后，许国霖判无期徒刑；李海秋因证据不足开释，却因另一暗杀事件被（北洋军阀）指控，处死。

同年（1916年）6月6日，袁世凯死。当月，蒋奉命前往山东，参加中华革命党所领导的中华革命军东北军，任居正总司令部之参谋长。孙中山原先所以选中此处组建东北军，是因为山东地近京城，欲从根本上倾覆袁世凯，直捣京城。此时东北军已占领山东东部地区。蒋奉命于7月31日上任，职中很是负责，并记有军中日记，记载他于职中每天忙于修改操法，整顿队伍，并到师、团视察和定备设施。如增设军医科，各师、团设军医等即是他的建议。他又认为“代理总司令命各队出操时，须先施五分钟柔软体操，以练筋骨”。

蒋因此锋芒显露，得罪了同僚，并为同僚所不容。而蒋又常盛气凌人，目中无人，则双方矛盾日益激化，因之于8月12日，又奉命北上迎居正，离开部队。此次共上任十三天之久（这期间许崇智代居正为总司令）。旋自京归沪，一方面主持东南党务，军事，一方面于上海经营证券交易。他离开军队的原因，主要是他和同僚合不来，人家都对他有意见，并纷纷向孙中山告他的状。

平心而论，蒋这时仍是一个热血青年，实想起些作用，振兴军力，不管怎样，这种积极有为的治军态度，是应当肯定的。然而方法太简单，为人太傲气，不能为众所容，只靠一人之力总是不能成事的。对此有记载云：“性倔强躁而易怒，偶不惬意，辄暴跳如雷。处事则往往偏执一见，无他人置喙之地，故同僚……常表恶感。……众不能忍，群向孙先生告发，……不得已，乃悄然引去。

同年（1916年）10月6日，蒋纬国生。关于蒋纬国，有云：“为蒋与日本女人所生”。但据蒋介石厨师蒋小品说，蒋纬国为戴季陶的私生子。戴因怕夫人，不敢扶养，乃由姚怡诚扶养成人。后蒋又于其家谱中改纬为宋美龄所生。故蒋纬国所出是个谜团。但从蒋对纬国的亲热程度看，又似为其亲子。又观纬国青年时照片，多有与蒋相似处。但蒋纬国本人至今也仍不知其生父究为谁氏。

蒋在上海经营证券交易之事，甚是顺利，并发了大财：“不半载，迭获巨利，母子相加，竟达十数万元，俨然富商矣。”自1916年8月以来，将近两年时间，蒋一直住在上海。这期间，以经营证券交易为主。当时他们合伙的人牌号叫“恒泰号”，资本有三万五千元，一千元一股，共三十五股。股东总共十七人，张静江本人五股，全家合起来共十三股。因此，张之侄子秉三，为“恒泰号”经理。蒋介石（蒋纬记）四股；戴季陶（小恒记）两股；陈果夫（陈明记）一股。蒋之四股，是张静江代他交的，他本人则一尢所有。他们还和日本某企业共同组织“协进社”，进行证券交易。这种交易活动，蒋一直干到1922年。

1919年，蒋又和虞洽卿等合伙开办上海证券物品交易所。理事长为虞洽卿。理事十七人，共分为十万股，向日商抵押七万股，对华商抵押三万股。到1920年年底，获利270万元。除日商押款和保存的四万股应缴钱外，仍余三十二万五千元，全部归戴季陶、张静江和蒋介石所得。又四万股股票因涨价至120元，共值480万元之全部股金，亦全为他们三人所获。蒋就这样凭李发了大财。到1922年，蒋离开证券交易所时，携四万元到广东任职。

在这期间，蒋开始认识戴笠。戴这时住在上海表弟家，睡地铺，在交易所当杂工，因系戴季陶的同姓受戴看重，蒋也因此另眼相看，对他比较客气，但并无深交。蒋也未想到以后戴会成为他的特号忠实打手。

1917年7月12日，段祺瑞复任后，拒绝恢复“约法”和国会，又有“西原借款”、“第二次善后借款、垫款”，（日金三千万元）、“吉长铁路借款”（日金六百五十万元）、“第一次军械借款”（日金一千七百万元）、“第二次军械借款”（日金二千二百四十二万元）等一系列巨额借款；并出卖吉长铁路与日本（袁世凯都未答应过）等等。孙中山便于1917年7月17日，率“应瑞”、“海琛”等舰，偕朱执信、章炳麟、陈炯明等人到达广东黄埔。

25日，“非常国会”在广州开会，决议建立中华民国军政府。9月1日孙中山当选为大元帅（陆、唐为元帅），反段护法。

这时蒋仍在上海从事股票交易。其间也联络江浙各地同志，仍未脱离革命组织。

南下护法

1917年9月20日，蒋上呈《对北军作战计划》书，对北军分析极详。此次对北军作战计划分为两期：第一期至11月上旬，以中央军由两广攻长沙，肃清湖南；待左翼占领四川，东下湖北时，两军会师，合攻武昌。右翼与海军合攻闽、浙、继下淞沪；待中央军与左路军会克武昌后，会师南京。第二期1918年3月开始，中央军自津浦路，左路军自京汉线，右路军自海北进；左路军再派出一支部队由川北直入秦、晋，为主力军振声威，攻北京侧背，会师燕京，然后再发动总攻击。但其意见未被采用。

1918年3月12日，应孙中山电召，离沪赴粤。途中又写《今后南北两军行动之判断》。10日上呈孙中山。蒋认为，敌军将全力攻衡州。衡州失陷后，张敬尧攻桂林；曹锟攻韶关；张怀芝攻赣州，然后取惠州，再与其中路军合攻广州。为此，蒋以为当于衡州未失之时，令黔川滇军攻克荆、宜，扰敌之背；当张尚未攻赣州时，令南军力克漳、龙，使桂、粤、闽、浙连成一片，共抗敌军。否则粤省危殆。15日他就任粤军陈炯明总部作战科主任，拟定《第一、二两期作战计划》。并立即赴黄冈、潮安、三河坝、松口、蕉岑前线视察，这和他到山东任中华革命军东北军参谋长时一样，仍是积极有为，欲建立一支新军。他首先提出“先谋自立于不败之地，而后再谋制胜之方也”。

广州护法政府因为唐继尧、陆荣廷有不同意见，和反对孙中山任大元帅，于同年（1918年）5月4日，通过改组军政府案，实行七总裁制，降孙中山为七总裁之一。26日，蒋迎孙中山于三河坝。蒋见孙中山形容憔悴，还伤心地流了眼泪。孙与蒋长谈于深夜方散。29日，蒋到永定参与指挥作战，30日克永定。6月初孙中山自汕头至沪。

孙中山回到上海后，一面著书，一面开始试探和苏联建立联系。并向列宁发出愿与苏联相联合的电报。

本年1月，苏俄政府已表示对华友好和支持中国人民的解放运动。不久苏外长齐契林回电表示欢迎。并称孙中山为中国革命的导师。第二年（1919年）7月25日，苏俄发出《加拉罕宣言》（加拉罕任代外长），此宣言是对南、北两政府而发的，包括南方政府。声明苏联政府愿放弃帝俄时对清政府的一切不平等条约，并愿帮助中国人民的解放运动。1920年3月26日北京政府才收到。4月份各大报刊均予发表。这是第一次对华宣言。孙中山从此开始和苏联建立了联系。1920年9月27日，苏俄又发表莫第二次对华宣言，重申放弃帝俄对清政府的一切不平等条约。这个宣言，当时由北京政府边防处官员张斯磨（中将衔）于本年年底自莫斯科带回北京。此宣言对中国政府而发。此时孙中山已不参加南方政府。这对中国人民产生了极大的震动，它使中国人民的眼睛转向了苏联和莫斯科。孙中山的联俄容共和扶助工农三大政策，就是在此历史背景下形成的。

本年（1918年）4月初，李厚基率“闽浙援粤军”猛烈反攻，黄冈、饶平、泽相于3日至13日接连丢失。北京政府即于20日命曹锟任川、粤、湘、桂四省经略史，张怀芝为“援粤总司令”；吴佩孚为副司令，进攻广东。25日，孙中山自日返沪。7月13日发电陈炯明、蒋介石，令其冒险进攻，转败为胜，语云：“为兄今日计，惟有合力前进，冒险求胜”。7月5日主席总裁岑春煊与北京政府和谈，再次改组军政府。

7月9早日，蒋介石拟定《第二期作战计划》，其大要如下：第一，以主力集中于右翼，先收复已失之地黄冈、饶平，以巩固潮汕。然后以主力自海道取闽省漳州，再与左翼会师闽江下游，为进占福州作准备。第二，左翼暂取守势，惟要派一支有力部队向龙岩挺进，进逼漳州、福州。因右翼部队第一支队司令李炳荣于19日失守大埔，该计划无法实行。30日，蒋奉陈炯明之命指挥炮兵夺回狮子口，反攻大埔，激战三昼夜收复大埔。但因此役在总体上战败，又与同僚不和，蒋于次日辞职返沪，8月18日抵上海。

于沪住二十余日，又因孙中山和陈炯明、邓铿一再催其返任，蒋9月13日，返抵广州。18日到达福建漳州粤军陈炯明总司令部。26日，升任第二支队司令官，梁鸿楷、丘耀西二统领归其指挥，共千余人，设司令部于长泰。10月20日正式成立司令部。成立之口，蒋曾作文祭告日：“战必胜，攻必克，统一中华，平定全亚……完成革命伟大之盛业，皆自神灵所赐也”。

本年9月，苏俄政府迁都至莫斯科。11月19日，蒋率部自长泰出发，直指福州。26日抵达仙游，与许崇智会师。然后与许军分道。28日草拟《讨李厚基檄》。原稿佚失。12月2日占领大樟溪上游的嵩口，自此，可直下樟溪四十里而达永泰（福州门户）。3日，蒋患病。5日，占领邱演。6日，又占领梧桐尾。7日，攻界竹口。同日，接陈炯明停战令。但蒋深感就此停战，是功败垂成，决心攻克永泰后，再奉命停战。8日，蒋占界竹口，孤军直逼永泰。此路为五十里之深山穷谷，十分险要。同日下午，占领永泰。9日上午，又孤军进击汰口。汰口距福州仅六十华里。蒋拟继续攻击前进，进而占领葛岭。原来李厚基向陈炯明求和，为缓兵之计，图谋部署反击。陈竞答应，故下令停战。蒋不听陈命，仍令梁、丘二统领继续前进，以逼近福州。但梁、丘因已接到陈炯明的停战令，至此不再听蒋的指挥。10日停战。李厚基经准备之后，以五千余人于15日又行反击。当时蒋措手不及，梁、丘又争先先逃走，汰口、永泰相继失陷。蒋被围于永泰城中，只身冲出围困，极为落魄。蒋于16日痛心地检讨此战失败原因为六条：（一）防线应设葛岭，不应设于汰口，因汰口距永泰太近，汰口一失，则永泰不保；（二）停战令发表，将士均无斗志。（三）蒋病重，不能前敌视察，未多派侦探。（四）轻信停战条约。（五）士兵入城抢掠，见敌即溃。（六）梁鸿楷统领迷于酒色，不听指挥。总之认为孤军深入，切不可停顿，应乘胜前进；更不可对敌守信。

这次战役中，蒋介石失去了过去六年日记和两部兵书。一部军书为《巴尔克战术》。这部书是德国一个普通文人所著，但被德国军人奉为宝典；一部是克劳塞维茨的《战争论》，日本军人亦均视为宝典。此二书蒋随身携带，经常，并有圈点。他对《巴尔克战术》更是重视，看过六遍以上。

这几年，蒋主要了以下的书籍：

《宋鉴》、《元鉴》、《明鉴》、《防海纪略》、《平浙纪略》、《定夷丛刊》、《太平天国外略》、《胡文忠公书牍》、《定夷丛刊》、《中国哲学史》、《天演论》、《地形学》、《蒲鲁美战略论》、《初级战术》、《西洋通史》、《拿破仑本纪》等。

同年冬，蒋篡修蒋氏宗谱。孙中山赠蒋母“广慈博物”匾额。