1926年中共中央調羅到上海，擔任中共江浙區委書記。為迎接革命浪潮到來，羅組織工人從經濟罷工入手，進而準備武裝起義。其積極於各種行業中發展黨員，建立黨的基層組織，恢複各種產業工會，組織和訓練工人糾察隊，為起義作各種準備。
趙世炎於中共在廣州召開的第三次全國勞動代表大會後，被任命為江浙區委兼上海區委組織部長和上海總工會黨團書記，其抵上海後，即深入到工人之中，組織罷工鬥爭，準備武裝起義，迎接北伐。
5月，江浙區委決定組織“五卅”周年紀念日示威活動。這天，趙親自在南京路上指揮6萬多工人群眾舉行了示威遊行，此舉震驚了帝國主義，租界的巡捕開來鐵甲車，並用高壓水龍頭噴射。遊行工人奮力相抗。事後，趙發表了《五卅周年紀念的教訓和上海民眾的責任》一文。
5月之後，帝國主義及資本家向工人進行反撲，他們任意開作、逮捕和處死工人群眾。趙及時分析了形勢，認為罷工時機已經成熟，上海的工人運動應由防禦轉入進攻。在趙世炎和總工會其他同誌的具體組織和指揮下，上海工人大罷工序幕拉開。
大罷工鬥爭先從上海紗廠女工開始。接著，上海各工廠全麵展開。僅6月份，全上海就爆發了107次罷工。參加罷工群眾達7萬人之多。把上海變成了“運動的上海”。為此趙世炎發表了《上海最近罷工潮》一文。
6月27日，上海淞滬警察廳封閉了上海總工會。趙在《三論上海罷工潮》一文中稱：
“上海總工會被封閉，但上海的罷工潮並未止息，這就使帝國主義者、中外資本家、孫傳芳、丁文江、嚴春陽等都很失望。”
為把工人運動推向新的高潮，趙世炎指出，今後除了繼續抓好紡織業和印刷業的工人罷工以外，還必須把鬥爭擴大到市政工人中去。組織市政工人進行罷工。為此，趙等總工會的負責人，深入到電燈公司，向工人們宣傳團結起來鬥爭的道理，發展黨員，建立支部。與此同時，趙等組織指揮了電車工人大罷工，動員了電燈公司工人和紡織工人給予積極的援助。清潔工人為援助電車工人，也把大糞車推到電車公司大門口，使所有的電車都開不出來。因此，市政工人的罷工成了7月份罷工潮的一個重要組成部分。
7月11日，趙世炎、汪壽華主持召開了上海總工會第三次代表大會，提出了上海工人的11條總要求，並發表宣言，號召全市民眾團結為爭取自己的政治權利和經濟利益而鬥爭。因此，7月份的工人罷工猛烈發展，參加罷工的有100多個工廠企業，7萬多職工，從手工業到重工業，從市政工人到碼頭港口、運輸工人，從滬東地區到滬西地區，罷工遍及滬上。到了8、9月份，罷工愈加蔓延，其聲勢不僅愈來愈壯大，中共滬上組織於罷工的部署也愈來愈周密。參加者達20萬人之多。
時上海的中外資本家十分恐慌，為破壞罷工，他們將數百工人開除出廠，並采用歇業之法，使上萬工人失業。“萬裏丸”的日本水手竟然秘密殺害小販陳阿堂。時中共上海組織號召社會各階級的民眾聯合起來，組成革命統一戰線，以對付帝國主義的屠殺和進攻。並要求上海總商會發表一個抵製日貨的決議等。要求各馬路商界總聯合會與工人和學生合作徹底反日，為陳阿堂報仇。
時滬中區的藥業和供應業的店員也行動起來。繼爾先施、永安、新華、麗華等百貨公司的店員亦起來罷工，很快波及到整個上海百貨業。
正當上海罷工高潮迭起之際，北伐軍節節勝利，如此使上海的罷工熱潮更加沸騰。中共上海黨組織認為：“國民革命軍下武漢，軍事的緊張局麵，必牽動到各方麵。”遂要求其所屬各級黨組織：
“一、幫助國民革命軍保住其勝利是有絕對必要的，同時應毫不鬆懈的發展民眾運動，謀民眾的利益，開始要求民眾的政權；二、處處發展黨的獨立的政治宣傳與指揮民眾的運動。要運用最好的統一戰線，牽引社會各階級參加政治運動，建立並集中民眾運動指揮權。”
北伐軍攻克武昌後，孫傳芳人馬集中於閩贛。浙江省省長夏超叛孫，其同國民黨上海政治分會主席、國民政府駐滬代表鈕永建秘密訂立協定，夏決計倒戈孫傳芳，歸附國民黨。
時孫傳芳駐上海人馬僅千餘，另有警察2000餘人。鈕決計響應夏超的反正，在上海起事，遂秘密準備了部分人馬。時中國共產黨決計與鈕永建合作，進行武裝起義，雙方一陣密商之後，約定於10月24日拂曉前行動，以炮聲為號。然夏超事敗，23日被孫部處決。
夏之死，中共方麵並不知曉，仍按原計劃行動。10月23日，上海各區130餘名武裝工人和2000餘名沒有武裝的工人按原計劃進入指定地點待命，由於起義的信號炮聲沒響，工人糾察隊大部分沒有行動，僅閘北12個工人糾察小隊起義與警察發生衝突。衝突中，工人領袖陳靜軒、奚佐翹等10餘人英勇犧牲。百餘人被捕。起義宣告失敗。