卓有成效的政治宣傳工作。10月1日，東征軍總指揮部發布命令，開始東征。10月6日，各路縱隊開赴前線，直搗陳炯明的老巢——惠州城。10月10日，中路東征軍抵博羅後繼續向惠州進發。當時，陳炯明的主力集中在惠州地區。惠州是東江的門戶，素來號稱“南中國第一天險”，這裡地勢十分險要，易守難攻，敵人又有重兵防守，攻城的難度很大。陳炯明企圖利用天險將東征軍堵在惠州城下，然後反守為攻，殲滅東征軍。因此，能否攻下惠州城，就成為第二次東征雙方勝負的關鍵所在。10月上旬，蔣介石率國民革命軍第一軍的第一師、第二師的第四團進駐惠州城附近，曾經準備攻打惠州城。由於蔣介石不懂戰術，又拒絕羅加喬夫將軍的建議，致使第一次攻城失利，死傷過半。後來，東征軍調整了部署，再次攻城。10月13日，各路東征軍圍攻惠州城。13日上午，東征軍發起攻打惠州的決戰。在國共兩黨黨員的奮勇拚殺下，經過20多個小時的激戰，東征軍終於在14日攻克惠州，打破了惠州“固若金湯”的神話，為消滅陳炯明殘餘勢力創造了十分有利的條件。
惠州攻城戰的勝利，是國民革命軍第一軍在友軍配合下取得的，也是共產黨人和國民黨革命分子同心協力，浴血奮戰的結果。共產黨員、第四團團長劉堯宸在13日攻城時率領一個排帶頭衝鋒，不幸被城上敵人機槍射中。他在犧牲前高呼：“我為被壓迫民族請命，掃除反革命軍閥，軍人應該戰死，革命軍人更應該為三民主義戰死!惠城下，廣東統一，從茲大局發展，我死無憾!”共產黨員、第八團黨代表蔣先雲在槍林彈雨中身先士卒，帶領戰士用雲梯強行登城。他身上多處受傷，血流不止，仍堅持戰鬥。參加攻城敢死隊(當時叫做“奮勇隊”)的27名連隊黨代表中，有20人犧牲，6人負傷。整個戰鬥中，有400多名共產黨員、青年團員和國民黨員犧牲和受傷。為了鼓舞全軍鬥誌，根據周恩來的提議，10月16日，在惠州召開了追悼陣亡烈士大會。大會由何應欽主持，蔣介石作了演講，周恩來接著宣讀祭文，並鄭重指出：我們的任務是打倒軍閥，統一中國，打倒帝國主義，使中國獨立。我們應繼續努力，才是真正的、救國救民的軍人。這是國共兩黨在一起悼念犧牲的兩黨黨員的最早的會議之一。
攻占惠州後，東征軍總指揮蔣介石於10月16日發布向潮梅進軍令，東征軍各縱隊分路前進。第一縱隊直撲海陸豐、潮油地區；第二縱隊進逼紫金(永安)一帶；第三縱隊向河源、龍川、梅縣、興寧、大埔等地進發。第一縱隊第一師在師長何應欽、黨代表周恩來的率領下，於10月17日從惠州出發，22日占領海豐，26日攻下陸豐，並迅速占領揭陽縣河婆。第二縱隊在李濟深率領下，於10月17日從永湖出發，18日抵達平山，20日占領三多祝。22日第一獨立旅旅長張發奎率部遇敵主力林虎等部於熱湯墟，因兵力相差懸殊，張發奎部損失慘重。當天傍晚，李濟深聞訊率兩個團趕來增援。第二天早晨，陳濟棠師也從右翼趕至，各部奮勇衝鋒，終於將敵軍擊退，並於26日占領紫金。第三縱隊在程潛的率領下，於23日下午攻占了河源，26日又占領了老隆。東征軍在攻克惠州後的10多天中橫掃了各路敵軍，占領了海豐、陸豐、紫金和老隆，控製了通往潮梅的交通要道，取得了第二次東征重大勝利。
東征軍三路獲勝，蔣介石以為敵軍已無鬥誌。此時廣東南路陳銘樞告急，蔣介石決定將第四軍主力回援南路。不料陳炯明主力集中於華陽附近，企圖反攻。第一縱隊第三師冒然向華陽前進。10月27日，第三師在紫金東邊的塘湖遭到陳炯明叛軍林虎部一萬餘人的伏擊。由於眾寡懸殊，第三師陷於苦戰中。蔣介石得報立即親赴督戰，但仍不能扭轉戰局，官兵死傷慘重，第三師有8名連長、8名黨代表、1名團長、1名代理團長和1000多名士兵陣亡。在危急中，共產黨員陳賡不畏艱險，奮力救護，背著蔣介石脫離險境。接著，他又冒著生命危險連夜翻山越嶺，同駐紮在河婆的第一師取得了聯係。何應欽、周恩來率領的第一師得知第三師受挫後急欲前往策應，但林虎率叛軍在擊潰第三師後趁勢南下，同退守棉湖、鯉湖一帶的洪兆麟部，分三路進攻第一師：一路由黃任寰率領，出羅經壩；一路由李易標率領，出上沙、黃塘；一路由洪兆麟率領，出井尾。第一師在第二縱隊的配合下奮勇出擊，於30日殲滅了敵中路主力李易標部，其他兩路敵軍也被分別擊潰。從此敵軍一蹶不振，東征軍繼續追擊。第一縱隊於11月2日攻占普寧，3日占領揭陽，敵軍殘部逃往潮安。第二縱隊於11月7日占饒平。第三縱隊於10月28日占五華，31日占興寧，11月3日進駐梅縣，叛軍向福建邊界敗退。11月6日，東征軍總指揮部抵汕頭，東江一帶的叛軍被肅清。11月初，陳炯明逃往香港。為了追殲陳炯明叛軍，東征軍於11月8日決定分兵三路人閩追殲殘敵。第一縱隊從饒平出分水關；第二縱隊由大埔經楓朗人平和；第三縱隊由梅縣的鬆口經大埔攻人永定。東征軍乘勝追擊，很快殲滅了陳炯明殘部。
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