周恩来这时染了重病。他和前委机关撤离汕头后，在第二天到达普宁县内的流沙。10月3日，山湖前线撤下的部队得到潮汕失守的消息后，也从揭阳经山路跋涉、辗转来到流沙。于是，起义军领导成员周恩来、李立三、恽代英、彭湃、张国焘、谭平山、贺龙、叶挺、刘伯承、聂荣臻、郭沫若等二三十人在流沙召开了一次决策性的会议。郭沫若后来在回忆中说：“从汕头市夤夜撤退以后，到了流沙，在这儿已经停留了一天一夜了。在第三天的中午，终于等到了两位军事负责人贺龙和叶挺的到来。首脑都聚集在天后庙（郭沫若在解放后到原地去看后，说那里其实是一个教堂——编者注）里一间细长的侧厅里开会，作着最后的决策。决策大体上已经是商定好了的。只是在征求贺与叶的同意。
……主要是恩来作报告，他是在发着疟疾的，脸色显得碧青。他首先把打了败仗的原因，简单地检讨了一下。
……把这些失败因素检讨了之后，接着又说到大体上已经决定了的善后的办法——武装人员尽可能收集整顿，向海陆丰撤退，今后要作长期的革命斗争。这工作已经做得略有头绪了。非武装人员愿留的留，不愿留的就地分散。已经物色了好些当地的农会会友做向导，分别向海口撤退，再分头赴香港或上海。”
周恩来讲完后，叶挺谈到过去的教训，并说“：到了今天，只好当流寇，还有什么好说！”他所说的“当流寇”，是打游击的意思。贺龙也说：“我心不甘，我要干到底。就让我回到湘西，我要卷土重来。”
这次会还决定不再使用国民党革命委员会的名义。
会开到午后2时左右，村外山头上发现敌人。会议匆忙地结束了。部队由流沙向西，经钟潭向海陆丰道上的云落前进。
周恩来这时高烧到40℃，由担架抬着，走在队伍的最后面。别人看他病成这个样子，劝他离开部队。周恩来坚决地回答说：“我的病不要紧，能支撑得住。我不能脱离部队，准备到海陆丰去，扯起苏维埃的旗帜来！你们快走吧！”
部队离开流沙后，因为大路已被敌军占据，只能排着长列，从乡间小路走。西南行大约5公里，经过莲花山。这是一个三面环山的小盆地，地势险要。第二十军的第一、二师刚越过这里，陈济棠的主力第十一师从乌石赶到，将起义军拦腰切断，并据险伏击后续的总指挥部和第二十四师。
周恩来和贺龙、叶挺指挥部队奋起还击。但战士们已经连续作战数昼夜，伤亡太大，留下的也实在太疲劳了；加上新败之余，军心受到严重影响，又遭受突然袭击，部队就逐渐失去控制，陷于混乱，很快被冲散了。周恩来在流沙时已经病得很重，发着高烧，连稀粥都喝不下，常常处于昏迷状态，有时神志不清，还在喊“：冲啊！冲啊！”部队被打散时，守在他身边的只剩下叶挺、聂荣臻等几个人。他们路不熟，又不懂当地话，几个人只有一支小手枪，连自卫的能力也没有。以后，遇到地方党的负责人杨石魂。他是当地人，先带他们在附近—个小村子里隐蔽一下，晚上又找来一副担架，把周恩来抬上，转移到陆丰的甲子港。在这里，找来—条小船，送他们出海。聂荣臻回忆这段经历时说：那条船，实在太小，真是一叶扁舟。我们四个人——恩来、叶挺、我和杨石魂，再加上船工，把小船挤得满满的。
我们把恩来安排在舱里躺下，舱里再也挤不下第二个人。我们三人和那位船工只好挤在舱面上。船太小，舱面没多少地方，风浪又大，小船摇晃得厉害，站不稳，甚至也坐不稳。我就用绳子把身体拴到桅杆上，以免被晃到海里去。这段行程相当艰难，在茫茫大海中颠簸搏斗了两天一夜，好不容易才到了香港。到香港后，杨石魂同志同省委取得了联系，把恩来同志安置下来治病，以后他就走了。
震撼中外的南昌起义就这样失败了。二十四师余部有1200多人，由董朗、颜昌颐率领在10月7日到达陆丰。他们同当地农军会合在一起，改编为红二师，以董朗为师长、颜昌颐为党代表。11月间，树起苏维埃的旗帜，创立海陆丰红色政权。二十五师在朱德、陈毅的领导下，坚持下来。在第二年初又发动轰轰烈烈的湘南大起义，随后上井冈山同毛泽东领导的秋收起义队伍会师，创立了中国工农红军第四军。
南昌起义，在中国共产党的历史上开辟了一个新的时期。周恩来以后这样说：“八一起义在共产党领导下，向国民党反动派打响了第一枪，这在大方向上是对的。”李立三在回忆中说：“南昌暴动在革命历史上有它的伟大意义。在广大群众没有出路的时候，全国树出新的革命旗帜，使革命有新的中心，南昌暴动是很重要的时期。”八月一日南昌的枪声，确实如平地一声春雷，使千百万革命人民在经历了一连串的严重挫败后，又在黑暗中看到了高高举起的火炬，燃起了新的希望。从此，他们在中国共产党领导下，高举起土地革命的大旗，用武装斗争来反对国民党反动派的屠杀政策，历尽艰辛，终于打开了中国革命的新局面。中国共产党领导下的人民军队就是在这次起义中诞生的。