第二天，3月18日上午10时，北京反对八国通牒大会如期在天安门广场召开了，参加大会的有万余人，李大钊、徐谦、顾孟余、于右任等13人组成了主席团。徐谦报告了大会宗旨，顾孟余报告了前一天国务院门前的流血事件。最后大会通过了《国民驳复列强最后通牒》的决定，组织了“北京国民反对各国侵略中国大同盟”，然后进行示威游行。
作为游行带队人之一，陈毅走在队伍的最前面。群情愤激，大家高喊着口号。下午1时半，队伍行进到铁狮子胡同执政府大门口。
段祺瑞对群众示威游行早就有了预谋和准备。上午9时北京警备司令部表示要“保护”这次和平示威和请愿运动，但是，当游行的队伍来到执政府大门口时，段祺瑞让军警们用排枪子弹迎接手无寸铁的群众。惨案发生了。在军警们的子弹、刺刀、棍棒的袭击下，游行群众纷纷伤亡倒地。3月18日，正如鲁迅所形容的，是“民国以来最黑暗的一天”。
陈毅“被人群挤在两挺机关枪之间，幸未负伤”。但是，“游行队伍被打散”了。正义的轰轰烈烈的行动，被反动派野蛮地镇压了。陈毅又经历了一次血的洗礼。