然而以上都是一些小事，真正置陈济棠于绝境的正是粤军名将余汉谋的反戈一击。
余汉谋时任粤军第一军军长，促使他拥蒋倒陈的原因主要有两方面：第一是余汉谋与陈济棠早有积怨，那是1929年的粤桂战争时期，陈济棠曾以勾结徐景唐、擅权贪财等罪名将余软禁，导致余部对此大为不满；第二是蒋对陈济棠部长期进行分化收买的结果，早在1932年蒋就已经通过陈诚手下干将、余汉谋的妻舅上官云相，对余进行收买活动，因此余汉谋早已是身在曹营心在汉了——蒋之所以极力削藩，底气恐怕正在于此。
6月间，余汉谋奉陈济棠电召赴广州商量反蒋时，已经暗里在进行倒陈拥蒋的准备，他与邓龙光、李汉魂、莫希德等将领密谋反陈。7月5日，余汉谋从广州回到大余，立即召集他的三个师长及军部幕僚开会讨论对策，会议决定回师倒陈拥蒋。会后，余汉谋致电蒋，报告了陈济棠的反蒋计划。
7日，余汉谋在上官云相的陪同下乘飞机到南京，向蒋表示愿意受命收拾粤局。蒋立即委任余为第四路军总司令，拨军费200万、临时活动费100万元，令其统辖广东军队迅速回粤倒陈。余汉谋于7月9日致电粤军各将领，要求他们服从南京，号召粤军内部反陈势力积极行动起来。
余汉谋倒戈拥蒋，使“两广事变”形势急转直下，陈济棠被迫采取应急措施。7月8、9日两天召集陈维周、黄光锐、陈章甫等骨干开会，决定缩短防线以加强江北防线，并命令第二军第四师师长巫剑虹率部撤出原驻地韶关，退至大坑口，控制由北南下的咽喉。桂军一师由梧州东下转赴北江，海军舰队集中黄埔待命。
10日，粤桂双方在广州达成两项协议，决定成立第一、四两集团军的联合司令部，粤桂两军协同作战，粤军采取内线作战部署。
13日，蒋针对形势已经有利于宁方，国民党五届二中全会通过决议，撤销国民党西南执行部和西南政务委员会，蒋又以军事委员长名义发布命令，取消第一、四两个集团军，并对陈济棠、李宗仁采取分化政策，任命李宗仁、白崇禧为广西省绥靖正、副主任，免去陈济棠本兼各职，命余汉谋为广东绥靖主任兼四路军总司令。
14日，白崇禧派李品仙飞广州，建议陈济棠把可靠的部队集结掌握，并将现款和武器装备妥善保存，还企图以桂军东下援助，挽救广东之危。
三天后，小诸葛还致电陈：“粤局危急，间不容发，应以官以钱或其他可行措施进行挽救。否则，转瞬将为他人所有，何所受用耶？”【8】
同日，余汉谋在大余通电就职，声明拥护中央。次日，余汉谋命令莫希德第一师回师广东，向韶关、翁源等地进发。因驻防韶关的第二军军长张达已被余汉谋收买，不战而退。16日，莫希德的先头部队顺利进驻韶关。接着莫希德又以20万元的“伙食费”买通扼守大坑口的巫剑虹，巫部后撤至广州近郊江村。
余汉谋部不费一枪一弹，就已顺利将主力推进集结于英德、军田一带，准备向广州发起攻击。巫剑虹是陈济棠的亲信，巫的倒戈对陈又是一次重大打击，北线失去防御屏障，使广州出于余汉谋的直接威胁之下。在这期间，直接引发第三军第九师两个团长通电倒陈，另一团长率队响应，原第九师师长邓龙光不辞而离穗赴港。
7月17日，面对众叛亲离之窘境，已经近乎绝望的陈济棠约请李宗仁到其官邸相见，告知李他将离粤而去，但望广西能善其后，并送20万元临别赠金，聊作两广合作五年的“散伙费”；接着，陈便将李送上了飞往南宁的专机。同日，陈派出了私人代表陈光汉飞南京谒见蒋，带去陈表示可“遵命下野”的亲笔信，但对于将粤事交由余汉谋有异议，提请派一“孚众望之大员”来粤主持。蒋对此不予接受，此时又发生了导致陈济棠完全崩溃的事件，成为压垮陈的最后一棵稻草。
独立的广东空军是陈济棠苦心经营的一张王牌，两广事变发生后，蒋派遣戴笠、郑介民携带巨款，同当时在香港的广东空军参谋长陈卓林谈判，对其大搞银弹攻势。双方议定广东空军反陈投蒋，每架飞机赏金2万元，飞行员晋升一级，队长另加汽车洋房等优惠条件。同时，朱家骅（新政学系骨干）也通过关系与广东空军司令黄光锐联系，获得了其率机投蒋的许诺。
此后，陈卓林与黄光锐两人在广东空军内策动倒陈投蒋。7月上旬，有几架蒋方的侦察机来广东空投传单，黄光锐、陈卓林借机献上加强空防、迎击蒋机的计谋。陈济棠不知是计，只好批准所请。18日清晨，广州天河机场大批飞机起飞，其中黄光锐、陈卓林乘飞机至香港新界降落，大部分北飞韶关、南雄。此次被飞走的飞机达72架、机组人员150人——至此，被陈氏视为王牌的空军共六个中队百余架飞机终于全部归顺了南京政府。
黄、陈到达香港后，发出了拥蒋倒陈的通电，令陈济棠彻底陷入了内外交困、四面楚歌的绝境。18日当天，陈携带家眷乘英国军舰赴香港，并发出“巧”电宣布下野，声明自行解职离穗。
至此，陈济棠失去了“南天王”的宝座，结束了他对广东长达七年的统治。
【8】转引自《白崇禧大传》，P286
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