周恩來這時染了重病。他和前委機關撤離汕頭後，在第二天到達普寧縣內的流沙。10月3日，山湖前線撤下的部隊得到潮汕失守的消息後，也從揭陽經山路跋涉、輾轉來到流沙。於是，起義軍領導成員周恩來、李立三、惲代英、彭湃、張國燾、譚平山、賀龍、葉挺、劉伯承、聶榮臻、郭沫若等二三十人在流沙召開了一次決策性的會議。郭沫若後來在回憶中說：“從汕頭市夤夜撤退以後，到了流沙，在這兒已經停留了一天一夜了。在第三天的中午，終於等到了兩位軍事負責人賀龍和葉挺的到來。首腦都聚集在天後廟（郭沫若在解放後到原地去看後，說那裏其實是一個教堂——編者注）裏一間細長的側廳裏開會，作著最後的決策。決策大體上已經是商定好了的。隻是在征求賀與葉的同意。
……主要是恩來作報告，他是在發著瘧疾的，臉色顯得碧青。他首先把打了敗仗的原因，簡單地檢討了一下。
……把這些失敗因素檢討了之後，接著又說到大體上已經決定了的善後的辦法——武裝人員盡可能收集整頓，向海陸豐撤退，今後要作長期的革命鬥爭。這工作已經做得略有頭緒了。非武裝人員願留的留，不願留的就地分散。已經物色了好些當地的農會會友做向導，分別向海口撤退，再分頭赴香港或上海。”
周恩來講完後，葉挺談到過去的教訓，並說“：到了今天，隻好當流寇，還有什麼好說！”他所說的“當流寇”，是打遊擊的意思。賀龍也說：“我心不甘，我要幹到底。就讓我回到湘西，我要卷土重來。”
這次會還決定不再使用國民黨革命委員會的名義。
會開到午後2時左右，村外山頭上發現敵人。會議匆忙地結束了。部隊由流沙向西，經鍾潭向海陸豐道上的雲落前進。
周恩來這時高燒到40℃，由擔架抬著，走在隊伍的最後麵。別人看他病成這個樣子，勸他離開部隊。周恩來堅決地回答說：“我的病不要緊，能支撐得住。我不能脫離部隊，準備到海陸豐去，扯起蘇維埃的旗幟來！你們快走吧！”
部隊離開流沙後，因為大路已被敵軍占據，隻能排著長列，從鄉間小路走。西南行大約5公裏，經過蓮花山。這是一個三麵環山的小盆地，地勢險要。第二十軍的第一、二師剛越過這裏，陳濟棠的主力第十一師從烏石趕到，將起義軍攔腰切斷，並據險伏擊後續的總指揮部和第二十四師。
周恩來和賀龍、葉挺指揮部隊奮起還擊。但戰士們已經連續作戰數晝夜，傷亡太大，留下的也實在太疲勞了；加上新敗之餘，軍心受到嚴重影響，又遭受突然襲擊，部隊就逐漸失去控製，陷於混亂，很快被衝散了。周恩來在流沙時已經病得很重，發著高燒，連稀粥都喝不下，常常處於昏迷狀態，有時神誌不清，還在喊“：衝啊！衝啊！”部隊被打散時，守在他身邊的隻剩下葉挺、聶榮臻等幾個人。他們路不熟，又不懂當地話，幾個人隻有一支小手槍，連自衛的能力也沒有。以後，遇到地方黨的負責人楊石魂。他是當地人，先帶他們在附近—個小村子裏隱蔽一下，晚上又找來一副擔架，把周恩來抬上，轉移到陸豐的甲子港。在這裏，找來—條小船，送他們出海。聶榮臻回憶這段經曆時說：那條船，實在太小，真是一葉扁舟。我們四個人——恩來、葉挺、我和楊石魂，再加上船工，把小船擠得滿滿的。
我們把恩來安排在艙裏躺下，艙裏再也擠不下第二個人。我們三人和那位船工隻好擠在艙麵上。船太小，艙麵沒多少地方，風浪又大，小船搖晃得厲害，站不穩，甚至也坐不穩。我就用繩子把身體拴到桅杆上，以免被晃到海裏去。這段行程相當艱難，在茫茫大海中顛簸搏鬥了兩天一夜，好不容易才到了香港。到香港後，楊石魂同誌同省委取得了聯係，把恩來同誌安置下來治病，以後他就走了。
震撼中外的南昌起義就這樣失敗了。二十四師餘部有1200多人，由董朗、顏昌頤率領在10月7日到達陸豐。他們同當地農軍會合在一起，改編為紅二師，以董朗為師長、顏昌頤為黨代表。11月間，樹起蘇維埃的旗幟，創立海陸豐紅色政權。二十五師在朱德、陳毅的領導下，堅持下來。在第二年初又發動轟轟烈烈的湘南大起義，隨後上井岡山同毛澤東領導的秋收起義隊伍會師，創立了中國工農紅軍第四軍。
南昌起義，在中國共產黨的曆史上開辟了一個新的時期。周恩來以後這樣說：“八一起義在共產黨領導下，向國民黨反動派打響了第一槍，這在大方向上是對的。”李立三在回憶中說：“南昌暴動在革命曆史上有它的偉大意義。在廣大群眾沒有出路的時候，全國樹出新的革命旗幟，使革命有新的中心，南昌暴動是很重要的時期。”八月一日南昌的槍聲，確實如平地一聲春雷，使千百萬革命人民在經曆了一連串的嚴重挫敗後，又在黑暗中看到了高高舉起的火炬，燃起了新的希望。從此，他們在中國共產黨領導下，高舉起土地革命的大旗，用武裝鬥爭來反對國民黨反動派的屠殺政策，曆盡艱辛，終於打開了中國革命的新局麵。中國共產黨領導下的人民軍隊就是在這次起義中誕生的。