二次革命失利后，陈其美前往东北建立中华革命党东北支部，组织军队，又开展起了反对袁世凯的革命斗争。
正准备起义时，被奉系军阀张作霖的密探侦知，仅仅几天时间，就有七十多名革命党人惨遭张作霖杀害。起义失败，陈其美迅速返回日本。
之后，陈其美又回到上港，积极开展革命活动。他与曹龙笙一起暗杀了郑汝成。12月5日，陈其美又领导了肇和兵舰的起义行动，但因寡不敌众，起义不幸失败。
1916年4月，他又派夏尔玙赴江浙举事。因计划泄露，夏尔玙惨遭北洋军阀杀害。
陈其美数次起兵讨袁，终于成为袁世凯的心腹大患。袁世凯先派人给他送去七十万元，再次让陈其美出洋游历，并威胁说：
“告诉他，他如果不去，我就用这笔钱作经费，买个刺客弄死他！”
陈其美听后哈哈大笑，予以拒绝，并写下铭文：
“死不畏死，生不偷生。男儿大节，光与日争。道之苟直，不惮鼎烹。渺然一身，万里长城”。
以此表达为革命牺牲的决心。袁世凯见用金钱收买不了他，命令驻军上港的张宗昌负责暗杀陈其美。张宗昌接受暗杀令后，便找来程国瑞进行策划。
程国瑞与张宗昌早年相识，后随张宗昌走南闯北，颇为忠心。由于陈其美为人谨慎，行踪隐秘，要想暗杀他绝非易事。
程国瑞带人来到上港，秘密打探陈其美的行踪，伺机行刺。不久，程国瑞得知陈其美正在为策动反袁起义筹措经费，于是便设下了一条毒计。
张宗昌和程国瑞假意开设了一家鸿丰煤矿公司，然后派密探李海秋与陈其美联络，谎称该公司有一块矿地，准备抵押给别人以获取贷款，请陈其美帮助从中介绍。事成之后，将把贷款的十分之四付给陈其美作为革命经费。
陈其美虽然有所怀疑，但为了革命大业，还是同意了，并约定时间签订合同。
5月18日傍晚，李海秋根据事先约定，以中间人的身份，带着程国瑞、许国霖和以“律师”身份出现的吴国华来到了陈其美在上港的秘密寓所法租界萨坡塞路14号。
而此时，在陈其美的寓所周围，早已埋伏好了张宗昌选派的几名杀手，只等接到信号就采取行动。李海秋与程国瑞等人来到陈其美的寓所，陈其美将他们请到客厅落座。
寒暄几句后，陈其美要对方拿出合同，准备签字。此时，李海秋突然站起身来，说忘了带合同底稿，要回去取。陈其美起身相送。
李海秋走出门口，这是事先约定的信号，埋伏在附近的两名杀手立即冲进屋里，举起手枪，对准陈其美连开三枪，陈其美当场牺牲，年仅38岁。
当然，曹玉箫对自己走后陈其美的所作所为知之甚少，但对他过去的某些做法，不能完全认同。确实，在曹玉箫看来，陈其美的一些做法让人无法理解。
攻克金陵后十天，陈其美就在沪军都督府内下令枪杀了参与攻克金陵的民军参谋长陶骏保。当时陶骏保因公抵沪访谒宋教仁和黄兴，其后前往都督府拜会陈其美。陈请他在客厅坐候，不一会便派卫兵将他逮捕，反剪双手，并用布包其面，当场在沪军都督府大堂上开枪将他杀害。陶骏保遇害后，他的哥哥陶逊为此发表了一封很长的电函，质问陈其美：
“为什么同类相残？任意屠杀同志？”
陶逊愤慨地谴责陈其美：“你竟然如此刀弹交错、从心所欲，使都督府沦为绿林盗窟。”
《民国经世文编》中还有金陵司法总长伍廷芳致陈其美的三个文件，都是谴责他滥施逮捕、无法无天的行径。
更令曹玉箫无法接受的是他对陶成章的暗杀。曹玉箫曾听李净通说：
“陈其美在日本时，陶成章曾当众人面前劝陈其美戒嫖戒赌。陈认为陶有意侮辱他，恨之甚深……”
上港光复后，陈其美便陷入了危险的、派系纷争的心理，他视陶成章为心腹之患，眼中之钉、肉中刺。他曾不只一次地暗示曹玉箫，曹玉箫没有理他。
陈其美让人枪杀陶成章的直接原因，即是为了争夺江浙都督一职。江浙都督汤寿潜改任交通总长，他举荐章炳麟和陶成章“代理江浙”。章炳麟却又极力称赞陶成章，说：
“焕卿奔走国事，险阻艰难，十年如一日，由他来代理浙事，再合适不过。”
而成章本人力辞不受，在江浙派人征求他的意见时，他说：
“贤能者均可，唯陈其美不可。”
因为他对陈其美始终怀有看法，没想到引来了杀身之祸。陶成章致电推荐革命党人蒋尊簋继任。但江浙绅士沈荣卿等人又联名致电，敦促陶成章赴任，并“号召旧部”，听陶指挥。由于成章在江浙人士中威信甚高，使陈其美入主的图谋很难成功。于是，陈其美对陶成章由嫉生恨，而欲置之死地而后快。
此外，再加上江南军事已定，陶成章仍在上港利用光复会经费募兵、练兵，这给陈其美造成了一定的压力。凡此种种，陈其美对陶成章已是切齿痛恨，决意要铲除此公，以绝后患。
曹玉箫曾暗中保护陶成章，却没有成功，这件事令他十分痛心。陶案发生后，曹玉箫曾找到陈其美质问，说他“挟私复怨”、“擅行仇杀”，并要求政府：“严速究缉，务令凶徒就获，明正其罪，以泄天下之愤。”
从此，曹玉箫便对他敬而远之，再也不和他来往了。他化名为陈世美，就是为了永远记住那些为了权利什么事情都做得出来的伪君子。没想到，陈其美最后落得如此下场，也算是报应吧。
曹玉箫并不知道，陈其美与著名医学家厉绥之交往很深。厉绥之曾为陈其美抚养了一个孩子，名为陈英遗。陈其美原先住杭城时，有什么病痛，都去找厉绥之，后来成了上港大都督，看病仍然要来杭城找厉绥之。
有一天，陈其美又来到厉绥之家，说不是看病，是有私事相托。原来陈其美在上港做了大都督，交了一个电影明星。两年之后，有了孩子，在上港不方便，所以他把孩子带杭城来了。
厉绥之心善，就答应帮助陈其美抚养这个孩子。这个孩子来杭城的第二年，陈其美就被暗杀，而这时候他连姓名都还没有。厉绥之说，就叫“陈英遗”吧，意思是他乃陈其美的遗孤。
陈其美墓前，于右任题词:“春尝秋禘生民泪，山色湖光烈士坟”，蔡元培的题词是：“轶事足证，可补游侠货殖两传；前贤不让，洵是鲁连子房一流。”
不管怎样，毕竟功大于过，后人对他的评价，还是非常之高。