起义成功后，中共前委按照中共中央关于这次起义仍用国民党左派名义号召革命的指示精神，发表了国民党左派《中央委员宣言》，揭露蒋介石、汪精卫背叛革命的种种罪行，表达了拥护孙中山三大政策和继续反对帝国主义、封建军阀的斗争决心。8月1日上午，召开了有国民党中央委员、各省区特别市和海外党部代表参加的联席会议，成立了中国国民党革命委员会，推举邓演达、宋庆龄、何香凝、谭平山、吴玉章、贺龙、林祖涵(伯渠)、叶挺、周恩来、张国焘、李立三、恽代英、徐特立、彭湃、郭沫若等25人为委员。革命委员会任命吴玉章为秘书长，任命周恩来、贺龙、叶挺、刘伯承等组成参谋团，作为军事指挥机关，刘伯承为参谋团参谋长，郭沫若为总政治部主任，并决定起义军仍沿用国民革命军第二方面军番号，贺龙兼代方面军总指挥，叶挺兼代方面军前敌总指挥。所属第11军(辖第24、第25、第10师)，叶挺任军长、聂荣臻任党代表;第20军(辖第1、第2师)，贺龙任军长、廖乾吾任党代表;第9军，朱德任副军长、朱克靖任党代表。全军共2万余人。8月2日，南昌市各界群众数万人集会，庆祝南昌起义的伟大胜利和革命委员会的成立。会后各界青年踊跃参军，仅报名的学生就有数百人。

南昌起义后，汪精卫急令张发奎、朱培德等部向南昌进攻。中共前委按照中共中央原定计划，决定率起义军向广东进军，计划以广东为基地再次组织北伐。8月3日至6日，起义军分批撤出南昌，沿抚河南下。起义军进至进贤县时，第10师师长蔡廷锴驱逐在该师工作的共产党员，率部折向赣东北，脱离起义军。由于起义军撤离南昌比较仓促，部队未经整顿，加上酷暑远征，部队减员较多，7日到达临川时，总兵力约1.3万人。8月下旬，起义军在瑞金、会昌地区击破国民党军钱大钧、黄绍竑等部的拦阻，歼敌6000人，缴获枪2500余支(挺)。起义军伤亡近2000人。

会昌战斗后，起义军陆续折返瑞金，改道东进，经福建省长汀、上杭，沿汀江、韩江南下。9月22日，第11军第25师占领广东省大埔县三河坝，主力继续南进，于23日占领潮安(今潮州)、汕头。在此期间，驻广东的国民党军第8路军总指挥李济深令钱大钧残部牵制第25师，令黄绍竑部经丰顺进攻潮安，令陈济棠、薛岳部3个师1.5万余人组成东路军，由河源东进，寻起义军主力决战。 根据上述情况，中共前委决定，第20军新建的第3师随革命委员会驻守潮汕地区，集中主力6500余人迎击东进之敌。9月28日，起义军主力在揭阳县山湖(玉湖)附近地区同东路军遭遇，将其击溃，继向汤坑(今丰顺市)推进，在汾水村地区与敌再次激战，至30日，起义军伤亡2000余人，无力再战，遂向揭阳撤退。是日晚，黄绍竑部攻占潮安。10月3日，起义军主力在流沙(今普宁市)与由潮汕撤出的革命委员会会合，继续向海丰、陆丰地区撤退，在经过流沙西南钟潭村附近的莲花山时，再次遭到东路军的截击，激战不胜，部队大部溃散。革命委员会和起义军领导人分散转移，余部1300余人进入海陆丰地区。驻守三河坝的第25师，在给钱大钧部以重大杀伤后，向潮安转移，10月5日在饶平县境同由潮汕撤出的第3师一部会合。此后，这两支部队在朱德、陈毅率领下，转战闽粤赣湘边，最后保存起义军约800人，参加了湘南起义，并于1928年4月到达井冈山革命根据地同毛泽东领导的湘赣边界秋收起义部队会合。