凌晨3时30分，震惊中外的广州起义开始了！英勇的教导团全体革命官兵，高举带有镰刀铁锤的大红旗，分三路出发，投入了市内的战斗。作为广州起义唯一的一支真正经过训练的武装力量，教导团在暴动之夜担负了对13个目标的进攻任务。只有1300人的教导团，除了留一个排在四标营的营房警戒，再有几十名女生担任宣传救护任务外，其余战斗单位都接受了具体的战斗进攻任务。在接到命令后，他们都像猛虎下山一般扑向敌人。教导团炮兵连第三排担任了进攻新编第一师司令部的战斗任务。这一进攻行动真正打响了广州起义的第一枪。敌新编第一师司令部里有四五百人，可炮兵连第三排却只有三十多人，兵力对比十分悬殊。这个师部位于东校场一座三层大楼内，距离教导团大约只有2.5公里，起义号角吹响后，起义部队不到10分钟就到了师部门口，在遭到门口的哨兵阻拦后，起义军立即开枪射击，随后30多名勇士一下子冲进了大楼内部。里面的敌人都在熟睡，加上大多数士兵入伍不久，没有打过仗，听到枪声，就只管抱着脑袋往外跑，胆小的还钻到床下，甚至直接跪地求饶。
教导团的战士们冲进各房间后，惊奇地发现敌人的所有枪支都整齐地摆在枪架上。这样，炮连三排在未损失一人的情况下，成功地占领了敌第一师司令部，并捉到了几百名俘虏。更让勇士们惊喜的是，敌司令部仓库中居然有3门迫击炮、4挺重机枪和上千支步枪。梁秉枢等率领的警卫团、王侃予等率领的黄埔军校特务营，以及市内各地的工人赤卫队，犹如万箭齐发，向着各个指定目标发起勇猛的攻击。东路，教导团主力直指沙河。沙河地处广州市北郊，它的后面就是有名的白云山，东边紧靠瘦狗岭，南面是宽阔的珠江，并与燕塘互为犄角，地形险要，易守难攻，成为扼守广州的咽喉要道，为起义军和敌人的必争之地。那里驻有张发奎留下的一个步兵团。
黑暗中，一支汹涌的铁流快速向沙河镇方向奔泻而去，在团长李云鹏率领下，教导团第二营和炮兵连第一排的战士直扑目标。叶挺跃上路边的斜坡，不断指引着前进的方向，并时时压低声音激励部队说：“同志们，加快步伐！天快亮了！”夜色中有人问：“他是谁？”得到的回答使官兵们勇气倍增：“叶挺！”这名字让每个人自豪和骄傲，也让起义官兵精神振奋。到了敌步兵团驻地，官兵们以迅雷不及掩耳之势，迅速占领了制高点。敌人还没有来得及反抗就被打得落花流水，乱作一团。漆黑的夜里满是号啕之声和亡命的奔跑声。沙河的战斗很快结束了！起义军共俘敌600余人，同时收缴了大量武器。
拿下了敌步兵团，叶挺又迅速移师直捣燕塘敌炮兵团。在接近敌炮兵团营地附近时，敌人的紧急集合号刚好吹响。显然，敌人已经察觉，并有所准备。时间就是生命，时间就是胜利，这是争分夺秒的时刻！教导团炮兵连连长李竹修率尖兵连率先跳下车冲到敌前面，敌哨兵端枪喝问：“干什么？”李连长举枪就打，匆忙中起义者的手枪并不争气，子弹在枪管中卡了壳，而敌人哨兵的枪却先响了。但是，后面的同志枪弹立即齐发，结果了敌哨兵的性命，全连官兵冲了进去。敌炮兵在“缴枪不杀”的喊声中，慌乱地穿衣套鞋，这些既没有什么近战经验又不愿为国民党和张发奎卖命的炮兵们，都高高地举起了双手。敌炮兵团的军官已纷纷溜之大吉。敌炮兵团团长李恒华面对突发的枪声，仓皇失措地爬出窗口，企图钻入荆棘丛中，趁乱逃命。然而，敏锐的起义军并没有因为黑暗和紧张放弃任何的蛛丝马迹，他们发现了一个肥胖的身影在草丛中蠕动。“出来！”伴随着起义军的喝令，早有人一脚踢在了李恒华的屁股上。“自己人！别开枪！……”站起来一个人，一缕亮光照在他胖乎乎的脸上。“哦！原来真是我们要找的人！炮兵团长！”看着浑身哆嗦的李恒华，教导团的官兵们不由得开怀大笑起来。战斗取得了出乎意料的胜利！起义军以零伤亡占领了计划中的重点目标，而且面对着一堆堆武器，他们由衷地高兴。
五六百名俘虏全都被带到大操场集合。在被俘人员中，不时有一些下级军官出来向教导团的同志打招呼，套关系。仔细一看，原来他们的确都是教导团官兵的同学，只不过被张发奎分配到了这个团，昔日的同学变成了今天的敌人。好在他们也曾受过共产党的教育，此时纷纷说愿意归队参加起义。敌炮兵团的士兵们大多是东北人，是5月间北伐军与张学良的奉军作战时俘虏的，这些背井离乡者并不想为张发奎效力。为了搞好统战工作，起义军马上找了几个北方的同志对这些俘虏进行宣传动员，讲到参加起义军不但官兵平等，而且每月还能有20元军饷。一听军饷，许多士兵都喊：“那好哇，我们也打张发奎去，只要能寄钱回东北就行！”起义军的队伍在战斗中得到了扩大。新生的力量还主动地表现自己，部分敌炮兵团官兵积极协助暴动部队打扫战场，他们从马棚里牵出牲口，套上炮车，共拉出山炮30门，野炮4门，重迫击炮数门。这些大炮为起义军以后的作战立下了汗马功劳。
战斗结束后，叶挺命令李云鹏留下五连看管俘虏，并向广汕公路方向警戒；缴获的大炮清点后，由炮兵连押解进城，听候调用。并派了一个精通炮兵技术的朝鲜人负责炮团的技术指导，教导团炮兵连的同志和原敌炮兵团的少数战士作为炮兵技术骨干，很快就组成了一支炮兵纵队。
地处广州市维新路（现起义路）的广州公安局，是国民党反动派在市中心的一个顽固堡垒。叶剑英率领的教导团第一营的主要战斗任务之一，就是负责攻打公安局，消灭盘踞在那里的敌人，并预定在占领公安局后，把这里作为起义军的总指挥部。赤卫队队员也兵分几路赶到公安局。由于敌人事先已经知道共产党要暴动，当赤卫队队员到达公安局时，公安局门口的两挺重机枪哒哒哒地响了，冲在前面的赤卫队队员应声倒地。公安局内的铁甲车也开到马路中央，喷吐火舌，围墙内高处掩体上也射出了子弹。这时，教导团第一营赶到了，他们用火力压住敌人，炸毁了敌人的铁甲车，协助工人赤卫队攻占了公安局。
当起义军冲进公安局大楼时，局内监狱中的几百名政治犯听到外面的枪声和喊杀声，也兴奋地大喊起来。听到喊声后，赤卫队队员奔向监狱，他们用铁锤狠砸铁锁、窗栅，抡起十字镐在墙上挖洞；有几个赤卫队队员还上了房，揭开屋瓦营救被捕的革命者。数百名饱经折磨的政治犯被解救出来了，他们中不少人几个月没有剃头，已长发披肩，衣衫褴褛，身上更是伤痕累累。他们砸断脚镣后，齐声高呼“共产党万岁！”“工人赤卫队万岁！”
军械仓库也被砸开了。3000多支步枪和大量的子弹、手榴弹被搬到院子里。赤卫队员们扔下木棍等原始武器拥上去争领枪支。刚从监狱里出来的人们也领到了武器，系上红布带加入了战斗的行列。公安局内外已是一片胜利的沸腾之声，握手、拥抱、欢呼，远远近近的枪声、爆炸声、呐喊声形成了排山倒海的气势，不知是谁带头唱起了雄壮的《国际歌》，所有的人都跟着唱了起来，歌声弥漫在广州城上空。
教导团一部和工人赤卫队攻占了省政府及其以北的制高点观音山。警卫团第三营及工人赤卫队一部向第四军军部等地发起进攻，遇到顽强抵抗，未能攻克。城区鏖战起义的枪声迎来了羊城的黎明。城内的敌军猝不及防，溃不成军。张发奎和陈公博在梦中被枪声惊醒，还打电话找叶剑英，命令他派兵镇压。及至得到教导团、警卫团相继“叛变”的消息，连衣服、鞋子都顾不得穿，狼狈逃窜到珠江南岸，找第五军军长李福林“保驾”！
随着武装起义的胜利，12月11日早晨6时，被起义队伍攻占的敌公安局房顶上，飘扬着一面有镰刀铁锤图案的大红旗，大门上悬挂着一幅写着“广州苏维埃政府”七个大字的红布横额。广州苏维埃政府建立起来了，并开始在这里办公，其中北楼是工农红军临时指挥部，工农红军总指挥叶挺、副总指挥叶剑英、广东省委军委负责人聂荣臻和黄锦辉以及副官陈赓等人在此指挥战斗。中楼楼下是广州苏维埃政府成员办公和召开会议的地方。……起义的总指挥、广州苏维埃政府代理主席、人民海陆军委员张太雷就在这里右侧后座的一间小房指挥全局的战斗。工人赤卫队总部设在中楼楼上，周文雍、杨殷、陈郁、邓发等在此指挥战斗。