10月28日，冯国璋率清军向汉口发起总攻击，民军英勇拒敌，广大市民也积极参战，他们自动给民军探消息、送粮食、送军火，汉口商人也“出应箪壶，供给粮秣，所需款项，皆系解囊自助”。军民同仇敌忾，奋力战斗，打破敌人数次进攻。但由于军事指挥上的失利，汉口终于失守。
汉口失守后，汉阳便成了战争的前沿阵地，汉阳军民曾经几次组织反攻，均没成功，自己反受损失。这时，清军也摸清了汉阳军事实力，即向汉阳发动强大攻势。民军英勇御敌，战斗十分激烈。此时，陈果夫受命守卫设在汉阳兵工厂的民军司令部，他与其他士兵日夜坚守岗位，不敢懈怠半分。
一天，清军所派的奸细在民军司令部附近放火放枪，以策应清军大部队的进攻。司令部人员以为敌军已攻进汉阳城内，有的急到军中亲自指挥，有的去组织救火，还有个别的竟临阵逃避。司令部主持工作的几位头面人物一下子全走光了，只剩下陈果夫与四五个卫兵守着空空的司令部大厅。有的士兵见此情况，也要离开，他们认为守着一个空房，不如直接投入战斗。但陈果夫坚持不离开。他认为司令部指挥官虽然走光了，如果卫兵在这儿，还可以唱唱空城计，如果卫兵都走了，那人们一定会以为司令部完蛋了，军心将会大乱。于是，他让几个卫兵守在门口，自己选了一支最好的枪，带足了子弹，坚守在大厅里，演出了一场“空城计”。
蒋经国虽留苏13年，可他身上过多的还是儒家传统教育留下的痕迹。不一会，民军及当地市民将放火放枪的奸细抓获，一个个送到司令部。他们以为陈果夫是司令部指挥人员，便交给他处理，陈果夫只好假戏真做。但司令部只有几名卫兵，他一人又不好审问，审问了也不好擅作主张处置，因此，他便装着严厉的样子说，今天时间已晚，明天审理，便要卫兵将这些奸细分别关在大厅旁的房间里。
几小时后，清军攻势退下，火也被扑灭，司令部的人陆续回来。民军负责人听了陈果夫的报告后，对他在紧急情况下的机智与勇敢行为进行了表扬。后来陈果夫想起这件事来，还真有些后怕。他说：“幸而那些奸细没有知道我们虚实，否则我们虽扣着门，而窗子是洞开的，又没有将他们缚住，或者我们胆怯了些，就不会得到这样顺利的处置了。”
陈果夫与革命军坚守汉阳一个星期后，当战局进入关键时刻，黄兴来到了武汉，任战时总司令，民军士气大振。黄兴来汉后，遇到陈果夫，他见陈只当了一名士兵，觉得委屈了他，便把他转到汉阳府中的军政科办事。军政科的任务主要是招募、训练新军，为保卫汉阳输送武装力量。陈果夫到任后，经常到民众中宣传，强调保卫汉阳的重要性，动员群众参军参战，于是一些市民和郊县的农民都前来参军，很快便组织起了一支近千人的防城营和巡城营。陈果夫每天对这支部队进行训练。他将在陆小和陆中所学的军事知识都教给战士，训练十分严格。短短的时间，这一千人的队伍便掌握了初步军事知识，能够应付战争需要了。
陈果夫的出色工作，令科长刮目相看，也对他十分信任。科长常常有事到武昌，整个科的大小事情都托陈果夫代理。
11月23日，清军向汉阳猛扑，民军扼守的米粮山、锅底山、扁担山先后失守。清军突破三眼桥防线，夺取汤家山，并与乙支队会合，进攻十里铺，汉阳形势十分危急，军政府各机关人员也纷纷上前线杀敌。陈果夫将在汉阳的原南京陆军中学的学生集中起来，组成一支100多人的队伍，也拉上前线，配合大军战斗。陈果夫与陆中同学作战勇敢，奋力杀敌，一些同学先后牺牲，鲜血洒在了江城。26日，十里铺一线终被清军攻破。27日，民军总司令部所在地汉阳兵工厂也被清军占领，梅子山、龟山相继丢失，民军的精华已丧亡殆尽。在此情况下，只好退至武昌，汉阳终于为清军所占领。黄兴悲痛地说：“汉阳失守，吾何颜见人，惟一死耳！”想以死殉职，后在同志的力劝下退至武昌。
黄兴撤退至武昌后，连夜召开军政紧急会议，认为武汉已连失汉口、汉阳两镇，武昌已成孤城，现在应顺流而下进攻南京，建立东南革命基地，到时再收复武汉。黎元洪赞同黄兴意见，但多数革命党人都表示反对。共进会领导人张振武当即拔刀而起，厉声说：“敢言放弃武昌者斩！”全体掌声如雷，一致决议守武昌。黄兴见大家不赞成他的意见，开完会后即乘轮离汉东下。
陈果夫认为黄兴的主张不无道理，在武汉战事紧张的情况下，光复南京是挽救武汉危局、支持武汉首义的正确决策，可以起到围魏救赵的作用，因此在谭人凤的支持下，也离汉东下。当他望着饱受战火洗礼的武汉时，那焦土余烟、断垣残壁似乎格外使他留恋。武汉是他离开学校走上社会、参加革命的第一站，那历历晴川，还回荡着他的呐喊，那萋萋芳草，也留下他奔走的足迹。短短的不到一个月的时间，他甚至没有来得及领略一下武汉的风光，便要离开了，但他又不得不离开。他要到南京去，他希望能亲自参加光复南京的起义，以南京的胜利解武汉之危。他是匆匆地来武汉的，现在