3时20分，当工人、农民队伍走过沙基，转入内街，学生队伍来到沙基调元街口的时候，沙面域多利酒店楼顶的英国士兵突然向游行队伍开枪射击。岭南大学教师区励周和学生许耀章当场被打死。跟在岭南大学队伍后面的坤维女中、第二高小的中小学生也遭枪击，许多学生受伤。
英国士兵听到域多利酒店的枪声，立即用机关枪向沙基的游行群众扫射。停泊在白鹅潭海面的英、日军舰，也开炮向沙基射击。中国国民党陆军军官学校（即黄埔军校）党军第一师第二团第二营代营长蒋先云率领的第二连、第四连、第七连，一进入沙基，就遭到沙面方面的机关枪扫射。
沙基是一条开阔的马路，队伍没有地方隐蔽。蒋先云命令全体官兵，以行人道的柱子作掩护，监视沙面的动向。第四连代理连长宋希濂向蒋先云报告，他的队伍走到东桥斜对面的沙基
街头时，遭到东桥上的英国士兵射击。各连官兵，满腔义愤，一致要求蒋先
云下令还击。蒋先云，本是工人运动的领导者，曾参与领导著名的安源大罢工。还领导过湖南水口山矿工工人大罢工。1924年进入黄埔军校学习，现已成长为军事指挥员。
这时，蒋先云考虑到，眼前发生的惨案，是国家大事，不是几个连的兵力所能解决的。况且，英国士兵都有洋房、沙包作掩护，靠步枪火力是不能杀伤他们的。蒋先云当机立断，大声下令：“不准开炮！”
英国士兵仍在射击。黄埔军校党军第一团第三营营长曹石泉，第二排排长义明道、陈纲，被机关枪射中，当场牺牲。传令兵许国良受了重伤。蒋先云的脚也被弹片擦伤。他说：“革命军的职责是救国救民，我们要继续掩护群众走避。”
下午4时，大雨倾盆，沙面方面才停止了射击。
据救护队统计，在沙基惨案中，有54人被打死，117人受重伤，轻伤的不计其数。
英帝国主义者制造了沙基惨案，还来了个恶人先告状。英国领事杰弥逊照会广东国民政府，声称这次事件，是黄埔军校学生军“首先开枪，至百响之多”，沙面方面才“不得不还击”。
蒋先云以自己的亲身经历，写了《6月23日沙基惨案报告》，予以驳斥。蒋先云说：“我是23日沙基惨案最后离开帝国主义者虎口的一个，同时亦是被机关枪射击幸而不死的一个。惨案的经过，身受目睹。今陈述其经过的实在情形，以证明帝国主义的阴谋。”
接着，蒋先云说：“我们正行到沙基街，前面即有枪声，沙面之帝国主义者已开枪射击前面之学生。于是，在军队前面之学生及工农，皆仓惶逃避。我等对面的机关枪及步枪，皆向我射击。始则枪声霹雳，继复枪声隆隆，知外舰亦已向我开始射击。”
最后，蒋先云说：“英帝国主义者反辱相加，谓系我黄埔学生军开枪在先。然我学生军决非至愚。若真要杀帝国主义者，岂肯使我手无寸铁之工农商学同胞先行，送与帝国主义者屠杀？且当日军队，皆用四路纵队而行。若真要杀帝国主义者，当先知帝国主义者亦必杀我，又岂肯用密集队形前进，至受莫大损伤！……帝国主义者嗜杀弱小民族而不负责，甚至反唇相加，是可忍，孰不可忍！除已报告所属长官外，谨此报告，希转呈政府以为交涉之一份佐证。”
在沙基维持秩序的第九区警察署二分署署长何元钧，也以自己目睹的实情，向上级写了报告。
何元钧说：“2时15分，巡行大队到来，都严守秩序，沙面内有外国人全副武装站立观望。巡行者虽高呼口号，但并没有任何过激行为，所以相安无事。在3时20分，巡行大队前队已过去八九成。工人、学生将随后转入内街时，沙面外国人忽然躲避起来，学生正到沙基调元街口附近之际，沙面域多利酒店楼上，不知什么原因，竟开枪向巡行群众射击。而英国工部局一听到枪声，就用机关枪向沙基一带射击。不一会儿，沙面射击的枪声如连珠炮。白鹅潭上的外国军舰，也开枪向北岸射击。我巡行各队，均纷纷走避，并无还枪射击，而他们竟开枪一小时之久，也没有停止，以至于我方民众死伤众多。……为些市民大巡行，也只求伸张公理，并无越轨行动。而沙面内凶徒，竟无故开枪射杀我国多人，实在是横暴已极。”
7月11日，广东各界人士举行沙基惨案烈士公祭大会。参加的有省港罢工工人和广州各界100多个团体，约10万人。大会庄严、隆重。主祭人献上红花数朵，放在54位死难烈士灵前，并宣读祭文，表示要继承烈士的遗志，同帝国主义战斗到底。
