闸北之事甫定，江南制造局又起战火。江南制造局是清政府最大的兵工厂，位于沪南高昌庙，濒黄浦江，局中储备有大量军火和资财。武昌起义爆发后，制造局成为清军最重要的军火补充基地。制造局总办张士珩是个顽固效忠清廷的官僚，命部下在制造局四周和要口设置排炮、小钢炮、水机关枪，从海军调兵轮两艘、雷艇一艘以重江防，又与陆军部协商，“为遇有事之时，准由制造局随时电调兵力，以重陆防”，使之成为抗拒革命的一个堡垒。要光复上海，“非先攻克该局不为功”。3日下午，陈其美在南市宣布反清独立，随即亲率敢死队进攻制造局，遇到顽强抵抗，混战中陈被局内淸兵所执。这次进攻的失利是上海光复过程中受到的最大的一次挫折，造成一时群龙无首的被动局面。下午6时，李燮和得知这一消息，立即在锐进学社召集陈汉钦等将领，议定全力救援。李燮和作阵前演说：“今日之事，乃拿破仑所谓最后十五分钟者，大局存亡在诸军一勇怯间耳。无已，燮和请为诸君先登”。言罢，手握炸弹先行，众将士皆受鼓舞，感奋相随。当夜情形十分紧张，传言有大军自苏州开来，不明是清军是民军，众人恐慌，白旗半偃。李燮和置危险于不顾，率敢死队和各营军警连夜由黄浦江水路集汇于高昌庙，4日凌晨2时，指挥发起第一次进攻，未能攻克。拂晓，李燮和再命以敢死队为先锋，发动第二次进攻。敢死队员周德厚等从后门突人局内，参加攻局的商团队员也逾墙进局，纵火烧屋，清军即刻瓦解，大部投降，张士珩仓惶乘火轮循江而逃，陈其美被救于难。制造局之役，是上海光复中最艰苦、最关键的一战，是李燮和率领的闸北民军和同盟会控制的武装力量合力攻取的，在战斗中李燮和的指挥对战局是非常重要的，后来陈其美一些部属说李“贪天之功”，是不符合事实的，正是由于李燮和的战功，在制造局攻克后，诸君推李为临时总司令，设司令部于局内，指挥军事。这是李燮和在沪宁光复期间首任总司令之职。
制造局攻克后，上海全境光复。上海的光复加速了长江流域各省的革命进程，使革命进人了新的高潮。英国《太晤士报》评论：上海义师起后，“清政府在东南之命运已绝”。孙中山后来也有评价：武昌起义后，“各省响应之最有力而影响于全国最大者，厥为上海？
第三，退身权力之争，维护光复成果。
上海光复第三天，就发生沪军都督职位之争。11月6日下午，上海绅商界人士和同盟会员在小东门内海防厅开会，商建新的地方政权，一致认为，“上海为交通大埠，应另行举一沪军都督，招集大军雄军北进，以定国是，并为我东南门户之备”。沪军都督这一职位的人选至少有三四人，就资望和劳绩而言，李燮和也是当之无愧的，与陈其美过往甚密的李平书也竭力推李，指出：上海为东南大都，“必具有军事学识，雄才大略者坐镇其间”，“非有大员不足以资号召”，而李燮和在沪有联络革命力量之首功，“厥功甚伟”，“决不致误”。然而海防厅的会议却不通知李燮和及其部属参加，陈其美一方则在会上占据了优势，利用帮会势力，满堂鼓噪。陈之亲信王钟声抗言，上海若需都督，非陈其美莫属，蒋介石、刘福标也大声吵嚷让陈出任沪督，刘福标等人还频频以手枪和炸弹威慑会场，在这种常气氛下，众人只得缄默，同意由陈其美担任沪军都督。实际上，刘福标等人大闹会场的事件也不是偶然的，早在上海起义之前，陈其美就把沪军都督一职视为己囊中物，“预刻沪军都督印一颗备用”。大闹会场，只是使陈之夙愿得以合法实现的手段而已。陈其美登上都督宝座后，立即依据《沪军都督府条例》，兼任司令部部长，将司令部办公处从江南制造局迁至海防厅。李燮和在这场“推举”中，连“临时总司令”一职也化为乌有，仅被授予一“参谋”空衔。
陈其美利用帮会势力夺取督位，给光复后的上海局势蒙上了一层阴影。因为此时作为“全权掌理军务”的“军都督”陈其美，手中并没有掌握军队。上海军警界基本上是李燮和联络争取的，只知李燮和，不知陈其美。据史料记载广各防军初拟推燮和为都督，陈汉钦为上海总司令”。因而陈其美就职后，士兵大哗，李燮和手下的人有的主张变更陈以都督名义发布的告示，有的主张用武力逮捕陈，治以窃篡名义之罪，一时引起轩然大波。李平书为解决危机，急忙找到李燮和，希望李能以大局为重。李燮和本不同意在上海设立都督，而着意于大募军队，北上攻宁。此时又见上海刚刚光复，全国局势未定，兄弟阋墙必然贻祸全局，于是从维护光复成果出发，决定退让，当即在制造局召集各军警长官，命他们静待后命。同时，劝陈其美出资犒赏官兵，以慰群情。第二天，李燮和就将陈汉钦等营军警及制造局所有军储移交陈其美，自带敢死队开往与上海同日光复的吴淞，主动避开了与陈在上海领导权问题上的矛盾，维护了上海光复的战果。
三、开创吴淞军政分府
李燮和幵创吴淞军政分府，为革命派增添了一块新的革命基地。
11月3日，黄汉湘奉李燮和“同时并举”的命令，率部光复吴淞，成立吴淞军政分府。陈其美在上海担任都督，引起了吴淞军界的不满，黄汉湘等以沪淞光复主要是李燮和策动之功，不愿听令于陈其美之下，因此议定“请得李先生督淞”产以“吴淞都督李”的名义张贴布告，迎李燮和前往就任。11月9日，李燮和到达吴淞，劝导黄汉湘等人，“淞沪相去数十里耳，而两督并立，非名也；且吾志在治军，图北上，而都督兼理民事，顾以此自累，非计也；又有江苏都督在，此不可者三矣”。因而取消都督名号，改任吴淞军政分府总司令，以黄汉湘副之。李燮和宣布：吴淞军政分府“本由武昌军政府分出，今承认武昌军政府为中华民国中央政府，兼承认苏州军政府为江苏全省军政府”，本府“专以筹备进攻军务为主，所有上海地方民政、外交等事，均由苏州军政府办理”。这样，在与上海咫尺之遥的吴淞，产生了一个与沪军都督府在行政上和军事上都不相统属的新的革命机关——吴淞军政分府。
对于吴淞军政分府的评价问题，史学界尚存歧议。有论者认为，李燮和主持吴淞军政分府一举是与沪军都督府“分庭抗礼”，是否定陈其美和沪军都督府的地位。笔者认为，这一说法值得商榷。根据《中国同盟会革命方略》，军政府设立条件的第一条规定；“各处国民军，每军设一都督，以起义之首领任之”。苏州、镇江、上海本属一省，相距不过200公里，而一时出现三个都督，因此，李燮和即使在吴淞称督，也决非例外之事，但李仍坚持取消督号，专务军事，这已表明无意与陈其美争名，无意与沪军都督府蓄意分裂，而是当时矛盾激化使然。如果存在分裂的话，主要原因不在李燮和，而在陈其美，这一论点可由以下史实来说明。
首先，陈其美在上海起义之前就将排斥光复会势力作为战略，以宗派主义态度对待革命事业。在起义前，陈约集亲信，召开秘密会议，指出：长江一带已为光复会势力蔓延，首义之功已落入他手，同盟会将永无立足之地，因此“为同盟会计，为报答孙先生多年奔走革命计，不得不继武昌而立奇功于长江下游”，从上海入手，次第光复江、浙、皖、赣，以达北京，使同盟会化作永占政治优势之政党，要先发制人，集同盟会控制的力量单独光复上海，囊取全功，“其曰期必须在李氏约定之前，能先占一二日最好”，并曰此事“惟不可使李知之”。虽然从其出发点看，陈其美也是为了反清革命的大目标，但排斥异己、拒绝合作的思想已经昭然。事实上，由于情况的变化，陈其美未能按“原计划”提前“一二日”行动，但在进攻制造局的战斗中，仍表现出抢功、轻敌的思想，没有与李燮和保持及时联系和通力合作，甚至连商团也不联合，仅率敢死队百余人贸然进攻，李燮和所通局内清军也未能起到内应作用，导致陈的大败。其次，陈其美不择手段，破坏光复会的活动。据参加光复上海的同盟会员周南陔回忆，在联络军警的过程中，陈其美指示他利用同乡关系，将光复会已经联络的吴淞炮台官姜国梁“拉过来”，陈其美对周说姜已得了光复会一笔钱，这不要紧，同盟会还可以出更多的运动费”。陈周围的人还说，“李燮和不是我们的人，不可信任”。上海光复后，陈其美更以加害光复会领袖的手段来削弱光复会。李燮和在沪淞间屡次遭受暗算，其中就确有陈派出的刺客陶成章也在1912年1月被陈派人杀害于上海。对吴淞军政分府，陈其美也极欲除之而后安。曾指使会党头目携枪到吴淞与李燮和谈判，胁迫李取消吴淞军政分府；还屡次商诸部属，拟用武力“解决”之，因部属不愿参与而罢。陈其美的这些举动，对同盟、光复两会之间的关系所产生的不良影响，是可想而知的。再次，陈其美玩弄手腕，利用帮会势力，攫取沪督职位，夺李燮和兵权，这在前一节已有详述。
由于陈其美极力激化同盟会与光复会矛盾的方面，李燮和不在上海与彼争权，前往吴淞组建新的军政分府，脱离其控制，这不应视为与陈其美或沪军都督府“分庭抗礼”。相反，它避免了革命党人之间的内讧，维护了上海光复的成果；同时，也保存了光复会的力量，开创了新的革命事业。在此后的革命进程中，吴淞军政分府也是颇有建树的：
其一，经略吴淞，巩固基地。吴淞扼长江、黄浦江出入门户，北接崇明，西望江阴，南拱上海，近有狼山、福山等要塞。如何巩固这一民军要地，对东南局势尤为重要，吴淞军政分府承担了经略吴淞的责任，在解决经费困难和匪患袭扰的两大难题上，成绩斐然。军政分府“时而接待客军，时而出发兵队，时而犒捷，时而抚降。此外邮电有费、运输有费、建兵房棚栅有费”，“前后溢支之数，不可胜计”。李燮和、黄汉湘等人殚精竭虑，广辟财源，以自己的声名，向海外华侨、社会各界和邻近革命政权募借，开创了“以私人名义为公家负债”的模式。其中李燮和声名最重，所得资助最多。1912年初，李燮和本着“治兵首重筹饷，筹饷贵不病民”的原则，命令将吴淞所辖境内原清政府应收之款，分别缓急，由民军次第征收。此外还举办筹饷义演，发行“助饷奖励券”等募款方式，鼓励同胞“深谅苦衷，共襄义举”产通过种种途径，保证了光复战争的进行和革命政权的运作。在防务方面，李燮和命令建立一整套完备的防靖系统。”司了望有炮台，游弋检査有安涛、飞霆、策电炮舰，逻市有侦探，而内部职员且从而周审夜哨”，崇明、狼山、福山诸要塞也分兵镇守，故而有些地区光复后不断有敌人偷渡、刺客潜人等警报，而吴淞独无此虑，人民“倚若长城，安堵无恐”，盐枭海盗“闻风胆落，相率远遁”产成为光复军北上作战的巩固基地。
其二，招兵买马，编练军队。光复会始终将建立一支由本会统领的武装作为奋斗理想。1907年，光复会策动皖浙起义时，秋瑾就拟建立“光复军”并制订了军制，起草了《光复军制颁谕文》，还编会党武装为八军，用“光复汉族，大振国权”八字为各军番号。这支军队最终在李燮和手上得以建成。在上海起义前，李就召募中国体操学校和龙门师范学校的学生组织敢死队，这是光复军的最初发轫。到吴淞后，李燮和集中精力，专事练军，“招军买马，求贤纳士，组织北伐军队”，在出任吴淞军政分府总司令的同时，李又在中国公学设立“光复军总司令部”，再任总司令。此后，李燮和所率吴淞军政分府的军队都以“光复军”的旗号出征作战。最初，吴淞原有军队仅有一协，李燮和计划再募一协，合为一镇。当时驻扎吴淞的广西过境客军“济军”（因原隶龙济光故名），系两广总督张鸣岐派往四川镇压保路运动的，因武昌起义爆发而滞吴淞。其统领为黎天才，在上海光复时保持中立，离队居于租界。济军以骁勇善战着称，黎天才又素服于兵士，于是李燮和决意收编此军，遂派人到上海邀请黎天才。待黎回淞后，即授其为“光复军第一协协统”，仍由其统率济军各营。为使其归心，济军给饷半倍其旧，以示特别的倚重。于是黎天才“慷慨发舒，毅然以攻克江宁为己任”，济军由清营垒一跃而成为光复军旗下的一支劲旅，李燮和练兵一镇的目标也顺利实现。在吴淞，还有两支娘子军特别引人注目。一支是1911年11月由陈婉衍奉李燮和之命召集的“女子军”，后发展成为“女子北伐队”，“从李司令长驱捣北”，另一支是50人的“女子荡宁队”，参加了攻取南京的战斗，“勇猛异常，一洗柔弱之习”。李燮和在吴淞期间所招附、征募的军队，在后来的攻宁、援鄂、北伐战斗中都发挥了强大的战斗力；在战争结束后经过改编，分属各地，成为各地革命政权的有生力量。
由此可见，李燮和领导的吴淞军政分府，承担起了一个地方革命政权的基本职能，并有力地支援了全国反清斗争。1912年1月8日，李燮和将吴淞军政分府总司令职交杨承溥代办，3月底，吴淞军政分府奉文撤销，完成了它的历史使命。
四、光复南京与坚主北伐
从1911年11月组织攻宁到1912年3月清帝逊位，李燮和兴兵作战，坚主北伐，表现出最坚决的革命精神。