1912年——1月14日为权力之争，令蒋介石派人刺杀在江浙一带影响较大的革命党人陶成章。3月调任为唐绍仪内阁的工商部部长，未到职，仍滞留上海。7月被解除沪军都督职。唐绍仪内阁倒台后，参加孙中山领导的反袁斗争。
1913年——3月袁世凯派人暗杀宋教仁，“二次革命”爆发，被推举为上海讨袁军总司令。11月失败后赴日本，坚决支持孙中山另组中华革命党。
1914年——7月被推举为中华革命党总务部部长。
1915年——因袁世凯复辟帝制，2月回国在上海参加策动讨袁，主持上海党务，并任淞沪长官司令，负责主持长江下游的军事行动。12月与杨虎发动肇和兵舰起义，炮轰制造局，并分别派人进攻电报局、电话局、巡警总局、工程总局等，因袁军反扑后援无济而失败。云南蔡锷组织护国军起兵讨袁军后，陈其美受聘为云南都督府顾问，继续在江浙一带策动反袁军事行动，屡次起事均遭失败，深遭袁世凯忌恨。
1916年——5月18日，被袁世凯收买的张宗昌派人暗杀于上海法租界萨坡赛路14号日本侨民山田纯三郎的寓所之内，年仅38岁。