起義爆發後，這些革命官兵心情激動。可惜的是，多數人的武器在起義前被清政府收繳了，還有許多人因為聯絡不上沒能參加起義。能夠響應起義的清軍寥寥無幾。
李準調入城內的巡防營哨官溫帶雄是同盟會員。事先，他與黃興約定在起義之日以保衛水師行台為名，活捉李準，響應起義。雙方秘密商定，起義的清軍臂佩白手巾作為標記。27日起義槍聲打響時，溫帶雄和他的部隊正在吃晚飯。巧的是，水師提督李準傳令該哨前去保衛行台。溫帶雄迅即扣留傳命之人，宣布起義。他率全隊官兵，整裝衝向行台，準備捉拿李準。因為怕恐途中遇到清兵阻礙，溫帶雄和起義官兵們手臂上並未纏上白巾。更巧的是，這支起義的清軍在南大門遭遇了黃興、方聲洞、朱執信等人。雙方因為誤會，發生了鏖戰！
黃興這一路本是為了接應起義的巡防營的。結果，方聲洞看到一支沒有纏白毛巾的清軍隊伍衝了過來，誤以為是鎮壓起義的頑固官兵，舉手就是一槍，恰恰擊斃了領導起義的溫帶雄。起義的巡防營官兵見首領被殺，紛紛反擊，擊斃了方聲洞。兩支革命隊伍越戰越激烈，在南大門一帶死戰。此情此景，令人至為痛惜。
黃興的隊伍與溫帶雄的隊伍在內訌中戰死多人。黃興的隊伍傷亡慘重，隊伍被衝散了，各自為戰。黃興獨自一人藏在附近的一家洋貨店裏，以門板作掩護，堅持槍戰。而起義的清軍官兵在溫帶雄死後，群龍無首，最後各自散去。
天色已晚。喻培倫、徐維揚等人的隊伍也與清軍展開巷戰，逐漸陷入困境。他們轉戰於廣州的大街小巷，對抗越來越多的清軍，寡不敵眾。最後，喻培倫、徐滿淩、李德山、林盛初等人退入高陽裏一家米店。起義者將米包壘成掩體，與清軍激戰一晝夜，擊退清軍數次進攻。血戰中，米店周圍留下了許多清軍的屍體，革命者韋統鈴、韋統淮、韋樹模等也不幸中彈犧牲。戰到最後，清軍不能近前，還是張鳴岐下令潑油燒街。一時間火光衝天，濃煙滾滾。堅守在米店中的十幾位起義者或者死於烈火濃煙之中，或者在煙霧中突圍被擊斃，或者在突圍中被抓。犧牲者中，廣西來的韋樹模、韋統鈴、韋統淮、韋榮初四人為族兄弟，都是太平軍後代。米店戰鬥停歇，標誌了本次廣州起義以失敗告終。
喻培倫參加了米店的激戰。他殺得性起，掛著一筐的炸彈，隻身衝向敵陣，一邊高喊殺賊，一邊拋擲炸彈，嚇得清軍慌亂躲避。在烈焰的映襯下，喻培倫“容色威猛，若能吃生人者”。最終他因負傷被俘遇害。就義前，喻培倫還慷慨高呼：“學說是殺不了的，革命尤其殺不了！”年僅25歲。
徐維揚在危急中，讓受傷的徐佩旒等6人潛伏回鄉裏養傷，自己繼續殺敵，最終殺出重圍，成功逃出了廣州城。奉徐維揚命令扶傷回鄉休養的六人，分別是廣東花縣農民：30歲的徐佩旒、30歲的徐廉輝、29歲的徐應安、24歲的徐昭良、20歲的徐保生和28歲的越南華僑徐鬆根。他們沿著粵漢鐵路慢慢行走，走到江村高塘火車站附近鐵路橋時，忽遇敵兵。當時，六名革命者彈盡人傷，無法迎戰，不幸全部被捕，送到水師行台後英勇就義。
許多起義者知道廣州巡警教練所裏有同誌，所以在失敗後跑到教練所去尋求避難。所長夏壽華見狀，急中生智，將教練所的學生製服都取來，向起義者們說：“你們這些學生，還不快些穿好軍服出去巡邏？”起義者們立即領悟，趕緊改換裝束，扮作巡警學生出巡，分別脫離了危險。
包括林覺民在內的43名起義者被捕。混戰中，林覺民被一顆子彈打中腰部，撲倒在地。他扶牆掙紮著起來，舉槍還擊，最後因傷癱倒在牆根而被俘。被俘後，林覺民滴水粒米不進。
在總督衙門的審訊中，林覺民不會說廣東話，用英語回答問題。他慷慨陳詞曆數清廷的腐敗、宣揚民主自由思想。主審的李準為林所折服，準許去掉林覺民的鐐銬並給他座位坐下，準備好紙墨，讓他書寫供狀。林覺民提起筆來，想到起義失敗，胸中充滿憤激之情，竟至捶胸頓足。一度，林覺民想吐痰，李準竟然親捧痰盂過去。在“供狀”中，林覺民奉勸清朝官吏洗心革麵，獻身為國，革除暴政，建立共和。張鳴岐親自閱讀了林覺民的“供狀”，歎道：“惜哉！此人麵貌如玉，肝腸如鐵，心地如雪，真奇男子也！”一個幕僚哈腰低語：“確是國家精華，大帥是否要成全他？”張鳴岐正襟危坐，說道：“這種人留給革命黨，豈不是為虎添翼？”於是，張鳴岐下令處決林覺民等“頑冥不化分子”。