10月武昌起义成功，陶成章立即回国，在江浙各地四出奔走，号召旧部起义。由于浙江各地及上海、江苏都有光复会的势力，因此上海及江浙的光复，多是同盟会员与光复会员协同联合各种革命力量共同奋斗的结果，其中自然有陶成章多年努力的一份功劳。他为恢复光复会的旗帜，重振光复会，声望卓著。浙江军政府成立后，他被举为参议会参议员，并有继汤寿潜（调任交通总长）出任浙江都督之说，章太炎连发两电举荐，光复会员和浙江的其他革命党人也都附和。报上出现不少拥陶言论，如说：“成章早一日莅任，即全浙早一日之福”，“继其任者，惟有陶焕卿，斯人不出，如苍生何！”
但是在陈其美看来，陶成章如果出任浙江都督，将会对同盟会构成威胁，因为他想的是要“立奇功于长江下游”，要使“同盟会化为永占优势之政党，始可无恨”。他对陶原来就成见很深，光复后对陶不赞成由浙江拨款支持上海、不准自己动用南洋华侨的捐款更是不满。他还嫉恨陶在上海闵行一带练兵。他把陶看成眼中钉，于是断然决定要对陶下毒手。
据一些史料记载，当时上海已传出有人要刺陶的消息，陶成章亦有所闻，但他不以为然，仍忙于筹措经费，排难解纷，身心交瘁，寝食未安。后来在友朋同志的一再劝说下，才先后避居在客利旅馆、国民联谊会、江西路光复会机关所、汇中旅馆，后因身体不好又住进了法租界金神父路（今瑞金一路）矿慈医院。这时，陈其美就把刺陶的事交付给他最亲信的盟弟蒋介石。蒋介石领命后，于1月12日在江西路光复会机关所假意访晤了陶成章，说双方没有什么歧见，不要听信那些谣传等等，显得十分融洽。临别时蒋问陶的住处，说便于以后拜访。陶就在一张条子上据实写了自己在广慈医院的病房号。
蒋介石先已收买了光复会叛徒王竹卿，探得陶成章的住址后，即赶到福州路四海升平楼找王；“持银饼二百元，怀手枪一具；某（王）即以指茶茶书三点水旁于桌示介石，介石摇首，某又蘸水书耳旁，介石颔之。盖水旁谓汤寿潜，时寿潜任浙督也。耳旁则成章也”。当晚10点，有人拿了一封信到广慈医院找陶，说是从杭州来的浙江临时协会的快信，是蒋介石转交的。第二天陶才发现这封信是假的，因为浙江只有临时议会，而并没有临时协会这个名称。但是他没有想到这是蒋介石在核实自己的住处。
1月14日凌晨2时许，王竹卿等两人西服革履，潜入广慈医院，登楼说有要事相访，由服务人员引导进入陶的卧室，两凶手喊了一声“陶先生”，即拨出手枪射向陶的头部和胸部，陶当即毙命。凶手还以枪威胁服务人员和邻室病人不准声张，否则即以子弹奉赠。
杀陶消息传出，全国震惊。孙中山下令陈其美必须“严速究缉，务令凶徒就获，以慰陶君之灵，泄天下之愤”。人们悲愤异常，光复会方面要缉拿凶手的呼声异常强烈。陈其美惊慌万分，为掩盖真相，即让蒋介石离开上海避去日本，假言留学深造。蒋前后将近一年始回国。
蒋介石是陶案当事人，他自己也是供认不讳的。在《中正自述事略》中，他详细叙述了刺陶这件事，说自己对陶的成见由来已久，而武昌起义后他更认为陶“回国即与英士相争，不但反对英士为沪军都督而颠覆之，且欲将同盟会之组织根本破坏，而以浙江之光复（会）代之为革命之正统”，“故再三思索，公私相权，不能不除陶而全革命之局”，他说；“余因此自承其罪，不愿牵系英士，乃辞职东游，以减少反对党之攻击本党与英士也。””
杀害陶成章，当然不是像蒋介石自我吹嘘的那样，是什么“辛亥革命成败最大关键”，而是陈、蒋以凶残的手段排斥异己，翦除政敌，做出了这种亲者痛仇者快的错事来，加剧了同盟会和光复会之间的矛盾和裂痕，破坏了革命力量的团结，使光复会失去了一位强有力的领导人，是对光复会的沉重打击。不能不看到，正是由于陶案，陈其美把自己置于光复会的对立面，致使后来在反袁的二次革命中失去了光复会这一重要支柱，严重削弱了革命实力，给民主革命带来了相当严重的损害。
当然，把陶案的性质无限上纲，说成是反革命暗杀案也是不妥的。它毕竟是属于资产阶级内部两个革命团体长期蓄积的矛盾不能正确处理，而在新的历史条件下恶性发展的一幕同室操戈的悲剧。它同陶案前后陈其美排挤李燮和、诱杀陶骏葆（镇江军政府参谋），以及陈炯明在潮汕迫使南路进行军许雪漱、陈宏生缴械并杀害许。陈连同一气，使光复会在革命势力内部倾轧中大为削弱直至消亡。
具有讽刺意味的是，陈其美、蒋介石杀陶，打击了光复会，非但没有使同盟会成为“永占优势之政党”，相反倒是大大削弱了革命力量，而在一年多后便被袁世凯在二次革命中击败，陈其美、蒋介石连同革命领袖孙中山等都只能亡命海外，不能不说这是一个惨痛的历史教训。
1913年7月，反袁斗争的上海战事爆发后，蒋介石在孙中山“劝说”下留沪，跟随陈其美“躬赴火线，往来指挥”。反袁失败后，陈其美赴日，“出国前，将上海方面工作交由蒋公负责”。不久，蒋介石也赴日。在1913年9月23日日本外务次官兼外务省政务局长松井庆四郎向警视总监安乐兼道等人的《有关亡命来日之中国人调查报告》中说：“陆军少将蒋介石（陈其美之部下）自上海来日，于九月一日到达长崎。”其间，蒋介石在黄兴主办的设在东京的军事教育机关“浩然庐”学习过，又受陈其美的指派赴东北活动。
同时，蒋介石又参加了孙中山新建的中华革命党，给孙中山呈上了《上总理陈述欧战趋势并倒袁计划书》，提出：“此次欧战时期延长一日，即袁贼之外交势力薄弱一日，范围扩大一部，即吾党之外交关系胜利一步也。若吾党不于此袁贼亲西排东之外交失败期内，乘势急进，则时不再来，后悔莫及矣。”蒋在上海进行反袁活动，袁世凯曾下令通缉。这次反袁斗争失败；蒋介石再去东京。
1915年二月，陈其美从日本返沪进行反袁活动，将蒋介石留在东京处理善后。《陈英士年谱》中说；“二月，由日本返沪主持讨袁军事，留蒋公在东京处理未了之事。公送至横滨轮次，慰之曰：‘此去万一不幸，而为袁氏所害，余当为兄之第二化身，以成未竟之志！”’这一年10月，孙中山任命陈其美为淞沪司令长官，在上海组织反袁军事活动，陈又将蒋从日本召回上海参与反袁活动。当时，蒋介石在淞沪司令长官总机关任机务，不仅“作城计划，由蒋公手订”，而且“先生偕蒋公并亲临南市工程总局督战”。蒋介石参加运动肇和舰、袭取应瑞舰、攻夺陆地各官署的军事活动。
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13万元赏金物色凶手，并买通革命叛徒李海秋，欺骗陈其美，说是“鸿丰煤矿公司”要向日商中日实业公司代款，请陈介绍签订合同，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塞路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，一个是张宗昌的营长，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，不愿受连累。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。祭文哀叹日；“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”。整个调子十分悲凉凄怆，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，直捣京师，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13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。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，蒋纬国为戴季陶所生。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。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。但蒋纬国今已确认生父为戴季陶，其生母为日本女士。
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，严然富商矣。”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。当时他们合伙的入牌号叫“恒泰号”，资本有3．5万元，1000元一股，共35股。股东总共17人，张静江本人5股，全家合起来共13股。因此，张之侄子秉三，为“恒泰号”经理。蒋介石（蒋纬记）4股；戴季陶（小恒记）2股；陈果夫（陈明记）1股，蒋之4股，是张静江代他交的，他本人则一无所有。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17人，共分为10万股，向日商抵押7万股。对华商抵押3万股，到1920年年底，获得270万元。除日商押款和保存的4万股应缴钱外，仍余32．5万元，全部归戴季陶、张静江和蒋介石所得。又4万股股票因涨价至120元，共值480万元之全部股金，亦全为他们三人所获。蒋就这样凭空发了大财。到1922年，蒋离开证券交易所时，携4万元到广东任职。
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工主将。
1917年7月14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3000万元）、“吉长铁路借款”（日金650万元）、“第一次军械借款”（日金1700万元）、“第二次军械借款”（日金2242万元）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”、“海深”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（次日选陆、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。
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