8月1日下午7时，在总指挥部召开参谋团会议，研究南进路线。会议由刘伯承主持，出席会议的有周恩来、贺龙、叶挺、蔡廷锴和苏联顾问纪功。南进的目的地是广东东江地区。东江地区包括惠州、潮州、嘉应州（今梅县）3州所属25县。共产党在那里有群众基础，农民运动还在蓬勃发展着。根据中共中央关于依靠海口取得国际援助，组织力量，重新北伐的决定，参谋团把进军目标放到了那里。由南昌到东江有两条平行的路线：一条是大路，经吉安、赣州、韶关、广州进入惠州地区；一条是小路，经临川、会昌、寻邬进入嘉应州地区。少数军事指挥官主张走大路，认为大路所经地区比较富庶，便于部队接济。刘伯承根据周恩来的意见，宣布走小路，并提出具体理由：“吉安、赣州等地对起义军直接构成威胁的敌军达4万，而起义军兵力仅有2万，发生对抗难操胜算；临川、会昌路上仅有近3000弱敌，容易应付，即便敌人从他处调兵过来，山间行军困难，可以各个击破他。” 起义军矛头所向，直指广东。盘踞两广的国民革命军第八路军总指挥李济深大为紧张。他指挥所部7个师，全力堵截起义军。当起义军通过广昌，分两路向壬田前进时，钱大钧部约9000人已在会昌、瑞金一带，其先头两个团在壬田布防；黄绍竑部约9000人，正由赣州经雩都向起义军逼进。 8月25日，贺龙率第二十军经石城击溃钱大钧部进入壬田。叶挺第十一军取道宁都，于次日到达壬田。两军会合后，当日占领瑞金。在瑞金查获敌人文件，得知敌屯重兵于会昌。参谋团开会研究对策。刘伯承建议：第二十军沿瑞金至会昌的大道，从东北面发起进攻，以吸引敌人的注意力，把主攻方向放在敌人的侧后。第十一军经西江市、洛口，从西北面向会昌发起攻击，以防钱大钧由会昌退回雩都溜走。参谋团一致通过了刘伯承的作战方案。 敌军在会昌的兵力部署是：以钱大钧的3个师为主力，在会昌城东北地区及城西之岚山岭、寨构筑工事防守，环绕会昌城的贡水沿岸也构筑了工事；黄绍竑部2000余人集结于白鹅圩一带，与会昌成犄角之势。 起义军于8月30日早晨向会昌发起进攻，朱德指挥第二十军第三师（由第六团和教导团组成，实力约千余人）在城东北展开。叶挺指挥第十一军两个师担任主攻。刘伯承随周恩来到叶挺部队指挥。由于第二十五师夜间行军走错了路，耽误了到达会昌的时间，第十一军第二十四师的攻击一度受挫。叶挺不避危险，一直亲自指挥部队攻打敌军制高点寨，刘伯承紧随其旁。一连几次攻击失利。第二十五师终于赶上来了。叶挺立即命令第二十五师坚决拿下寨，他指着寨敌人的阵地对师长周士第说：“那个山上都是敌人占领的，我们没有部队在那里。”刘伯承接着强调一句：“如果不把它打掉，它就会抄我们的屁股哩!”说着，抬手从寨到指挥部的方向，画了一道弧线。周士第顿时明白了拿下寨的意义，他马上率领两个团向寨发起猛烈的攻击，经反复冲杀，终于攻下了敌人的阵地。第二十四师同时展开了进攻。第二十军方面也打得很激烈。战至下午5时，起义军攻入会昌城，钱大钧部被歼6000人，他带着剩下的3000人落荒而逃，狼狈得连轿子也顾不上坐了。 入城后，刘伯承翻检敌人遗留的文件和近日报纸，忽然见到第二十军参谋长陈浴新宣布叛变的通电。陈浴新将南昌起义的经过尽其所知向国民党当局作了报告，南征的目的和进军的路线，已完全暴露。刘伯承立即向周恩来建议，召开参谋团会议。参谋团鉴于上述情由，一致认为有改变进军路线之必要，遂决定返瑞金，改经长汀、上杭进入东江。其中虽然从会昌到瑞金，有90里的回旋路程，但顺汀江而下韩江的水路可船运大批战利品与几百名受伤官兵，这也是原进军路线通过会昌—寻邬山路所无法解决的一个难题。9月2日，驻防洛口的黄绍竑部2000余人突然来攻会昌，遭到第十一军还击后退去。刘伯承认为这是敌人的抑留战术，目的在于引诱起义军向洛口进攻，迟延起义军到达东江的时间，以便在东江调集围攻兵力。起义军为打破敌人的意图，并未与敌纠缠，径直向长汀进发。 9月初，起义军翻越崇山峻岭，向长汀进发。虽逢炎夏酷暑，道路又崎岖难行，但满眼层峦叠翠，溪流蜿蜒，随处都有浓荫遮蔽。每次行军小憩，都是一件乐事。一次部队在竹林里休息，刘伯承到第二十军教导团巡视，立即被军官们围拢起来，有人请他讲述从泸顺起义到南昌起义的经历，他简单地做了介绍，强调说：“从刘湘在重庆制造‘三三一’惨案，到蒋介石在上海发动‘四一二’政变；从许克祥在长沙发动‘马日事变’，到汪精卫‘七一五’在武汉公开反共；证明了周恩来同志说的一句话：‘一切革命都是逼出来的’。我们都是逼上梁山。我从四川被逼出来，现在又从南昌被逼出来，逼到了革命的最前线。”许多仰慕刘伯承的青年军官请他谈谈带兵打仗的经验，刘伯承说：“当军人就不能怕打仗，仗总是要打的。要打好仗，首先要带好兵。带好兵的经验千条万条，归结起来就是一条：同甘共苦，以身作则。打仗的经验千条万条，但作为初级指挥官，最主要的就是一条：不惜牺牲，身先士卒。当连长、排长的，只有做到了这一条，就能把队伍带上去。”大家听了，心悦诚服。 瑞金一带的人民，在会昌大捷的鼓舞下，在起义军关于土地革命的宣传和实际行动的影响下，积极支援起义军。从会昌经瑞金到长汀，大部分伤病员是民工用担架或竹椅抬送，许多农村妇女，也帮助抬伤员，运辎重。民工们穿插于队列之间，和起义军战士并肩而行。人民群众的热情支援，对起义军士气是个很大的鼓舞。 起义军的阶级路线是非常明确的。一路上惩处了30多个土豪劣绅，征收他们的谷物作军粮。国民党新编第十四军军长赖世璜的堂叔，横行乡里，作恶多端，是赣东一霸。革命委员会接到许多苦主鸣冤告状的信，经调查属实，立即把他逮捕，召开群众大会，由李立三当审判官，历数他的罪行，然后处决，人心大快。 9月18日，起义军到达广东省大埔县。据各方情报，兴宁、五华在暴动农民占领中，高陂、普宁、揭阳农民暴动失败，汕头工人已炸坏潮汕公路桥梁，海陆丰尚在暴动农民手中，平远、蕉岭皆无敌情，惟梅县方面有钱大钧残部约3000人，潮梅警备司令王俊有4团兵力，广东敌军主力正向河源集中，东江地区的形势还是大有可为的。参谋团研究决定：留第二十五师在大埔县三河坝，由朱德率领，阻扼钱大钧部袭扰起义军主力侧背，监视平远方面黄绍竑部，并做转移兴宁的准备；起义军主力8500人，迅速取得潮汕，不停留地开往揭阳、汤坑，攻击由河源方面开来的敌军，估计只要击破此敌，起义军就可以在东江地区站住脚。 9月23日，起义军占领潮州，24日进入汕头。设革命委员会于大埔会馆，留第三师卫戍潮汕，又从第二十四师派出1个营到普宁县支援农民暴动，这样，能调往前线与敌决战者只6500人了，而战斗兵员还要少一些。敌军编组为东路军，以陈济棠为总指挥，辖有12团的兵力，约15万人，在兵力对比上比起义军多1倍以上。9月28日上午，起义军在揭阳至丰顺之间的汤坑遇敌，经两昼夜激战，虽有小胜，终未突破敌人阵地，伤亡官兵2000余人，无力再战，30日向揭阳退却。敌人伤亡3000余，所以，也撤出战斗，并未组织追击。 9月30日，黄绍竑部自九河寨分两路进犯潮州，守在潮州的仅第三师第六团和教导团1个中队，还有总部负责筹粮筹款的后勤人员，激战至下午，潮州失守。汕头前面临海，后背失去了保护，处境非常危险。周恩来与刘伯承等领导人商量，决定于10月1日向普宁撤退。10月3日，周恩来、刘伯承率革命委员会和总指挥部机关到达普宁县流沙镇，贺龙、叶挺率部队随后也到了。在流沙天后庙里，召开最后决策会议。参加会议的有周恩来、李立三、恽代英、彭湃、张国焘、贺龙、叶挺、刘伯承、聂荣臻、郭沫若、吴玉章、林伯渠、廖乾吾、贺昌等，以及国民党左派人士张曙时、彭泽民等。会议决定：重要干部和文职人员经海路撤离，武装人员经云落北去，与当地农民运动结合，坚持长期斗争。至此，震动中外的南昌起义即告失败。根据前敌委员会的决定，10月7日，刘伯承与林伯渠、贺龙、彭湃夫妇等一起到达陆丰县，从神泉港乘船经香港转赴上海。 南昌起义失败后，第二十军和第十一军第二十四师余部1300多人到达陆丰，改编为工农革命军第二师，董朗为师长，颜昌颐为党代表，在中共当地组织和人民的支援下，于当年11月建立了海陆丰红色政权。第二十五师余部800余人，在朱德、陈毅率领下，转战江西、湖南，发动了湘南起义。半年后，于1928年4月到达井冈山与毛泽东率领的秋收起义部队会合。