7月中旬，孫中山同廖仲愷、朱執信、章太炎等到廣州，高舉“護法”旗幟，以打倒假共和、建立新共和為宗旨，呼籲各界為護法而鬥爭。原北洋政府海軍總長程璧光率北洋海軍第一艦隊南下；還有國會議員一百三十多人響應孫中山號召雲集廣東，八九月間在廣州召開國會非常會議，通過了《中華民國軍政府組織大綱》，規定“為勘定叛亂，恢複臨時約法，特組織中華民國軍政府”，選舉孫中山為軍政府海陸軍大元帥，負責行使軍政府職權。
這時，蔣介石留居上海，在9月20日起草了一份《對北軍作戰計劃》寄給孫中山。他很樂觀地估計南北兩軍的兵力部署，認為北軍動員的兵力“合計不過七師，而南軍乃在十師以上，其總動員幾倍於敵軍各師之兵數”，提出護法軍政府“以長江沿岸為主作戰地，先克武昌，次定南京，擊攘敵軍長江一帶之勢力，再圖直搗北京，以為作戰之方針”。孫中山高興地采納了蔣介石這個計劃的基本設想，發布命令，並於11月1日任命蔣介石為大元帥府參軍。蔣介石未至穗就職，仍留居上海。
護法軍政府以湘、桂、粵軍聯合組成護法聯軍，與北洋軍在湖南接戰，開始了護法戰爭。南、北雙方各自投入十餘萬兵力，戰場主要在湖南、湖北、四川、廣東、福建等省，聲勢浩大。11月護法聯軍在湖南形成優勢，先後攻占長沙、嶽陽，各省護法軍紛紛響應，出現了勝利推進的局麵。但是，直係和桂係軍閥在英、美等國授意下，暗中主和，11月下旬，陸榮延下令停戰，阻撓南方護法軍繼續進軍。
12月，蔣介石撰寫《滇粵兩軍對於閩浙單獨作戰之計劃》，向孫中山提出了移師閩浙的建議：“我軍主作戰地，當定於東南沿海一帶之地區，而於湘省暫取守勢，先以海軍為主力，向東南沿海一帶之閩浙兩省掃除北軍之勢力，擊攘淞滬之敵軍，以吳淞為海軍根據地，封鎖長江之門戶，東南之勢力，不難完全造成矣。”
孫中山根據當時的局勢，認為蔣的這個計劃難以實現，未予置理。當時，滇、桂軍閥在阻撓護法戰爭的同時，對軍政府進行多方麵的限製和壓迫，並拉攏政學係等國會議員用內部改組的方法，奪取領導權。桂係控製廣東的財政，拒絕支付軍政府的開支和其他物資需要，還逮捕和殺害支持孫中山的將領和士兵，使軍政府陷於困境，孤立無助。孫中山感悟到手中沒有一支可靠武裝的嚴重缺憾，乃籌謀重新組建一支能夠接受革命黨人領導的粵軍。
他經過多方努力，將原廣東省長朱慶瀾管轄的二十營省防軍近五千人，撥交陳炯明指揮。1918年1月成立援閩粵軍總司令部，任陳炯明為總司令，派鄧鏗為參謀長、許崇智為第二支隊司令。蔣介石也應孫中山電召，在3月5日抵達廣州，3月15日到汕頭就任粵軍總司令部作戰科主任，領上校軍銜。
他隨同粵軍參謀長鄧鏗赴黃岡、潮安、三河壩、鬆口、蕉嶺等地巡視和檢查駐軍狀況，謀劃攻閩計劃。
粵軍原來的二十營省防軍裝備低劣，每營僅有槍二三百支，陳炯明等經孫中山同意，在潮汕進行整訓擴充，實行一種特殊的擴充方案：一麵向地方士紳借槍，一麵向海外革命人士募捐餉款。其中規定，能募到人槍二百者為營長，人槍六十者為連長，人槍二十者為排長，不願擔任軍職者按槍付錢。
經過一番努力，至5月初，粵軍擴充至三十營，約一萬人。在孫中山的一再催促下，陳炯明向福建發起進攻。粵軍司令部在蔣介石的建議下，由汕頭遷至大埔縣三河壩，並由蔣介石起草作戰計劃和攻擊命令。5月10日粵軍發動全麵進攻，第二支隊司令許崇智率四營首先攻克武平、下壩，並支援第一支隊李炳榮部攻克永定，陳炯明也率第三、四支隊攻占柏嵩關。粵軍攻閩旗開得勝，向福建推進五十公裏。蔣介石負責草擬此役作戰計劃等工作，並運用學過炮兵的專長，在作戰中發揮了較好的作用，給粵軍官兵留下良好印象，他自己也很得意。
恰於此時，桂係操縱國會非常會議，通過軍政府改組案。孫中山辭大元帥職準備離粵赴滬，5月26日到三河壩粵軍駐地視察，會見了陳炯明、鄧鏗、蔣介石等人，勉勵大家努力把粵軍建成革命軍隊，並到前線看望粵軍將士，對全軍上下起了鼓舞和鞭策的作用。
6月上旬，福建督軍李厚基與浙軍師長童葆暄以“閩浙援粵軍”總、副司令名義，率軍一萬五千人，分兵三路向粵軍發動全線進攻。蔣介石提出第二期作戰計劃，但沒有得到粵軍總部和各支隊將領的重視。7月18日大埔失守，粵軍總司令部駐地三河壩處境危險，後抽調洪兆麟部增援，並使用炮兵轟擊敵人，才擋住了閩浙聯軍。粵軍在受到挫敗時怨言叢起，葉舉、翁式亮等將領尤對蔣介石多責怪之言。蔣介石不能容忍，便於7月31日向陳炯明遞交了辭職書，憤然離去。8月18日到達上海，23日謁見孫中山，說自己是不堪忍受葉舉等詆毀孫中山而離開粵軍的。經過孫中山的說服和陳炯明、鄧鏗等來函勸慰，特別是粵軍8月初開始反攻，節節勝利，8月31日攻克漳州，繼而向廈門推進，促使蔣回到粵軍中去。蔣介石於9月18日到漳州粵軍司令部不久，被陳炯明升任為第二支隊司令，撥梁鴻楷、丘耀西二統領所部共一千人歸其指揮。支隊司令部設在漳州東北的長泰。他獲得這個有直接指揮權的職務後，鄭重其事地於10月20日在長泰舉行祭告誓師典禮，親自起草祭文說：“伏願而今而後，戰必勝，攻必克，統一中華，平定全亞，威震寰瀛，光耀兩極，完成革命偉大之盛業，皆自神靈所賜也。”祭文的口氣很大，由此可見他的雄心勃勃。這時許崇智率部圖謀攻取福州，蔣介石於11月19日率第二支隊從長泰出發，26日抵仙遊縣與許相會。12月2日至嵩口，計劃間道奪取位於福州西南的要地永泰縣。在當地軍民配合下，粵軍先在嵩口打退北洋軍的進攻，6日攻下梧桐尾，繼續追擊敵人。8日上午敵兵退至永泰城附近之高地，據險扼守，蔣介石的第二支隊“隨蹤追擊，直逼永泰”，丘耀西所部攻其正麵，民軍亦繞其左側麵，以助粵軍。於是“三麵環攻，勢如破竹，敵見勢絀，乃於8日下午乘夜潰退”。當晚蔣介石率部進永泰城，第二天繼續追擊，前鋒至汰口，距福州僅三十公裏。永泰地區有大漳溪穿流而下，對於福州居高臨下，構成威脅。
這時正值第一次世界大戰結束後，北京政府和廣州軍政府在英、美等國“勸告”下，表示願意停戰，舉行和平談判。停戰令在12月中旬傳至福建生效，但福建督軍李厚基並不切實履行停戰協定，於15日命令北洋軍反攻汰口，糾集步兵五千人並炮兵一營進攻永泰縣城。蔣介石因停戰令而放鬆警惕，其部在遭到敵人突襲時，紛紛逃散。蔣本人隻身逃出，連自己的日記和隨身書籍、物品都丟失殆盡。
1919年1月4日蔣介石回到漳州粵軍司令部，協助陳炯明設計兵營和練兵場，參議粵軍編製事宜。蔣心情鬱鬱不樂，於3月5日托故請假回家。
5月初再回長泰第二支隊複職。當月中旬，本部一個營被土匪擊潰，由此他在粵軍中更受奚落。他便在廈門鼓浪嶼租賃房舍，接來眷屬，過起悠閑生活。不久他辭職返滬。憑借交易所生意所獲得的厚利，過起一段逍遙而放蕩的生活。
在護法期間，國內外發生了一係列重大政治事件，孫中山極為關切。
1917年11月俄國爆發十月革命，孫中山受到鼓舞。1918年夏天，他在上海拍電報給列寧和蘇維埃政府，對布爾什維克黨“所進行的艱苦鬥爭，表示十分欽佩，並願中俄兩黨團結共同鬥爭”。在1919年五四運動中，孫中山對學生愛國運動表示積極支持，並從中受到鼓舞。他認識到要徹底拯救民國，需要“重新開始革命事業，以求根本改革”。1919年10月，他決定把中華革命黨正式改為中國國民黨，恢複了三民主義的政綱。
孫中山對粵軍的鞏固和發展寄予極大希望，除全力接濟軍費外，還動員一些優秀人才到粵軍充當骨幹。在孫中山關懷下，粵軍占領了漳州、龍岩等二十多個縣，建立“閩南護法區”。粵軍發展到二萬多人，編成兩個軍，陳炯明任總司令兼第一軍軍長，許崇智任第二軍軍長，鄧鏗任總部參謀長。孫中山幾次召蔣介石到自己寓所，勸導他赴福建漳州粵軍中任職，蔣一再借辭推托，有時也回到軍中一些日子。
以陸榮廷為首的舊桂係軍閥，蹂躪廣東達四年之久，推行“以粵養桂”政策，引起廣東人民的強烈不滿。粵軍舉起孫中山的革命旗幟，以“粵人治粵”、“實行民主政治”為號召，頗得人心。廣東的地方派軍人李福林、魏邦平也相繼響應。粵軍進軍順利，勢如破竹。但1920年9月21日，朱執信在虎門炮台策動桂軍歸降時遇害，孫中山失去了忠實得力的助手，十分難過。在桂軍土崩瓦解之勢已成之時，蔣介石被孫中山任為粵軍第二軍參謀長。此一重任調動了他的積極性。10月5日，他從上海到達汕頭參加討論作戰計劃。這時粵軍在河源打了一個大勝仗，擊敗了桂軍主力。蔣於17日到河源，提出下一步作戰計劃。20日因許崇智請病假，陳炯明任蔣介石為粵軍第二軍前敵總指揮，蔣指揮所部22日攻克惠州，至10月底進抵廣州。孫中山得到了粵軍勝利的消息，致函蔣介石勉勵說：“執信忽然殂折，使我如失左右手。計吾黨中知兵事，而且能肝膽照人者，今已不可多得。惟兄之勇敢誠篤，與執信比，而知兵則又過之。”同時，孫中山又針對他的弱點，進行了委婉的批評，勸其在粵軍中處理好關係，發揮更大的作用，指出：“兄性剛而嫉俗過甚，故常齟齬難合，然為黨負重大之責任，則勉強犧牲所見而降格以求，所以為黨非為個人也。”可惜蔣介石沒有聽從孫中山的告誡，注意改正缺點。
粵軍收複廣州後，蔣指揮第二軍追剿粵北一帶的殘敵，有些將領不服調遣。
陳炯明在決定戰略時，也沒有重視蔣的意見。蔣怒不可遏，於11月5日再次離職返回老家奉化。
孫中山於11月底回廣州重組軍政府，第二次在廣東建立政權。他已在鬥爭實踐中認識到，護法不能解決根本問題，必須建立正式政府，用武力打倒軍閥，統一全國。他雖仍然打著護法的旗幟，但已經突破了原來護法的構想，力圖開創新的局麵。1921年4月國會非常會議選舉孫中山為非常大總統，5月5日舉行就職儀式。接著，經過討桂戰爭，平定廣西，迅速統一兩廣。
12月，孫中山到桂林設立北伐大本營，準備調集軍隊，取道湖南北上，討伐直係軍閥。在這一年內，孫中山先後給蔣介石發了八封電報，命他迅速歸任複職。但蔣介石懾於在粵軍中之齟齬不快，又忙於操辦母親喪事以及追逐新歡、修繕房宅等，雖在1921年2月、5月、9月三次到廣州，合計不足一個月，又匆匆離去。經孫中山一再電催，蔣於1922年1月中旬與戴季陶陪徐樹錚至桂林北伐軍大本營，仍任第二軍參謀長。他住進“舊藩屬八桂廳，境絕清幽，園林亭榭，到眼成趣”。空暇時間“乘興出遊，遍探象鼻山、七星岩、鐵佛寺、孔明台諸勝跡”，興致勃勃。蔣介石在與許崇智、李烈鈞、胡漢民會商北伐作戰計劃時，主張以進攻湖北為目的，其他人則主張以江西為目的，結果議定“以湖北為第一目的，江西為第二目的”。
當時接受孫中山北伐大本營統轄的軍隊有：粵軍第二軍許崇智部、福軍李福林部、滇軍朱培德部、贛軍彭程萬部、黔軍穀正倫部等，共有十三個旅，約三萬人。陳炯明所統率的粵軍第一軍，除鄧鏗從第一師抽調三個營組成大本營警衛團外，陳不準再派兵參加北伐。陳炯明身任廣州中華民國政府的內務、陸軍總長，又任粵軍總司令兼廣東省長，控製了軍、政、財等大權。
他暗中與吳佩孚等北洋軍閥相勾結，蓄意阻撓和破壞北伐。他一麵串通湖南省長趙恒惕阻擋北伐軍入湘作戰，一麵斷絕供給北伐軍餉械。3月21日，陳的部屬還收買歹徒刺殺了支持北伐的粵軍參謀長兼第一師師長鄧鏗。
至此，北伐軍處在前路被阻、後路被斷的危險境地。蔣介石見此情景，感到此次北伐已無成功希望，乃寫信請廖仲愷發電調他回粵，早日離開這個是非之地。廖仲愷嚴詞批評了他的這種想法，在複信中明確說：“要弟電兄歸粵，此則雖以刀鋸加頸亦不肯為。弟自得兄西行，已不啻如天之福，豈能於此破壞大局之舉，以重罪戾。”3月26日，孫中山在桂林主持緊急軍事會議，蔣“主張先回粵，後北伐”。會議決定先行回師廣東，改道贛南北伐。蔣介石得以離開桂林返回廣東。4月16日，孫中山偕北伐軍主力由桂林抵達梧州，電召陳炯明前來會晤，但陳異誌日露，拒絕去梧州，並以提出辭去本兼各職相威脅。孫中山在4月21日毅然下令免去陳炯明粵軍總司令、廣東省長、內務總長三個職務，僅保留其陸軍總長一職，希望他能悔過醒悟。蔣介石受孫中山之命到廣州會晤陳炯明，但陳炯明已於21日晚離廣州，與粵軍總部人員退居惠州，將親信部隊布防在石龍、虎門一帶。22日蔣介石在三水見孫中山時，提出北伐軍先回師廣州，鞏固後方，再行北伐。孫中山未予采納，命令從廣西回師的北伐軍不必進入廣州，直接從肇慶經三水、清遠奔赴粵北的韶關、南雄、仁化等地集結，將大本營設在韶關。蔣介石因自己的主張未被采納，又見陳炯明占據粵東自立，必有事端，乃借辭於4月23日再次離開廣州返回老家。
1922年5月，孫中山發動了討伐北洋軍閥的戰爭。北伐軍由部分粵、滇、贛、湘軍組成，共四萬多人，在李烈鈞、許崇智的率領下，從粵北入贛南，進攻江西陳光遠指揮的北洋軍。北伐軍初戰告捷，6月中旬攻占贛州城，前鋒接近吉安，形成直搗南昌的態勢。但是，“禍患生於肘腋，幹戈起於肺腑”，陳炯明先密令葉舉等迅速將在廣西的陳部粵軍四十多營率回廣州，破壞北伐軍的後方。孫中山為穩定局勢，6月1日從韶關回廣州。當時孫中山把服從自己的軍隊全部調往江西境內作戰，留在廣州的直屬部隊僅有警衛團約五百名，而陳炯明控製的軍隊達兩萬五千人。6月16日淩晨，陳炯明軍隊在葉舉指揮下，發動軍事叛變，洪兆麟、楊坤如等部四千多人進攻廣州城北觀音山麓的非常大總統府。孫中山在叛軍槍林彈雨中衝出包圍，到停泊在珠江的軍艦上指揮討伐叛軍的鬥爭。
蔣介石較早看出陳炯明心懷異誌，多次提出先鞏固廣東，然後進行北伐的正確見解。他在離粵回家期間，曾致書許崇智等人，申述先定粵局的重要性，建議抽調部隊“先發製人”，對陳部粵軍“一網打盡”，但未被接受。
6月2日，孫中山曾電蔣介石回粵，但他未歸。6月18日蔣接汪精衛等人電，悉陳炯明叛變，又接到孫中山從永豐艦發來的急電：“事緊急，盼速來。”他思忖這是一個重要時刻，經過一番斟酌，決定應召南下，在上海停留了幾天就奔向廣東，於6月29日來到停泊在黃埔的永豐艦，會見孫中山，表示願在患難中隨侍左右。蔣赴難登上永豐艦，使陳炯明感到驚奇。據汪精衛在7月1日致蔣介石的信中說：“陳聞兄來，麵色發青，說‘他在先生身旁，必定出許多鬼主意’。”在危難中，蔣介石出謀劃策，幫助孫中山應付複雜的局勢。針對陳炯明分化瓦解海軍艦艇，並以炮火威脅永豐艦的詭計，蔣協助孫中山率艦隊移泊黃埔附近的新造河麵，決定率艦進駐白鵝潭。7月10日，永豐、楚豫、豫章等艦攻擊車歪炮台，衝過叛軍的炮火封鎖。蔣陪同孫中山站立在舵樓上，指揮艦隊前進。雖永豐艦被炮火擊傷，但忠實於孫中山的三艘軍艦終於泊入白鵝潭，等待北伐軍回師鎮壓叛軍。陳軍企圖用釋放水雷等辦法謀殺孫中山，都未能得逞。但北伐軍從江西回師，受到陳炯明和直係軍閥的前後夾擊，遭受重大挫折。兩個月的反擊叛軍鬥爭由於孤立無援，難以再有突破。8月9日，孫中山聽取蔣介石的建議，在蔣護送下，離粵返滬。孫中山對蔣介石能在患難之中隨侍左右四十多天，留下了深刻的印象。
不久，蔣介石撰寫了一篇一萬餘字的《孫大總統廣州蒙難記》，記述和宣揚孫中山同陳炯明叛軍鬥爭的言行，博得孫的青睞。孫中山為該書寫的序言中說：“陳逆之變，介石赴難來粵入艦，日侍餘側，而籌策多中，樂與餘及海軍將士共生死。”蔣介石由此得到孫中山的信任，提高了政治聲譽。
蔣介石在粵海侍衛孫中山四十餘天，使孫大為感動。孫親為蔣文作序並書之。
五、交易所的經曆
孫中山南下高舉護法大旗，在廣州成立軍政府，反對北洋軍閥的獨裁統治，需要大量經費。為了籌集革命經費，孫中山接受日本友人的建議，早在1917年初發起成立上海交易所，親自領銜，與虞洽卿、張靜江、戴季陶等八人聯名，向北京政府農商部提交呈文，申請開辦包括證券、花紗、金銀、中外布匹、油類、糧食等項業務的交易所。由於張勳複辟等政局動蕩，市麵混亂，交易所的籌備工作未能繼續。此時，革命處於低潮，蔣介石在粵軍中備受排擠和冷落，常回上海和在家奉化滯居，經濟上頗為困難，乃萌生追隨張靜江從事經濟活動之念，於1918年與張靜江聯合虞洽卿等人發起成立“協進社”，推動籌設交易所。但這個籌設計劃又被北京政府農商部輾轉遷延了很多時日。直到1920年2月1日“上海證券物品交易所”才得以公開成立。
在四百零八戶股東大會上，公推虞洽卿等十七人為理事，張靜江等三人為監督人，7月1日正式開業。孫中山從廣州寄來賀詞“昌盛實業，興吾中華”寄予厚望。張靜江及蔣介石等人乃積極參與，以謀贏利資助革命。
其時，孫中山興兵討伐桂係軍閥陸榮廷，蔣介石在孫中山和粵軍第二軍軍長許崇智等人催促下，於1920年7月離滬赴閩，並代許崇智指揮惠州之役，而將意欲從事交易所買賣之事委諸張靜江、戴季陶、陳果夫等人。
張靜江（1877—1950）名人傑，浙江吳興（今屬湖州）人，出身富商，早年以銀十萬兩向清廷捐得江蘇候補道銜，被派任駐法公使館商務隨員。他在法國巴黎經商，贏利甚豐，結識孫中山後，對同盟會的革命活動資助甚力。