不料，在這個節骨眼上，張執一、李正文等黨的負責人發現了有人盯梢，需要緊急撤離到解放區，同時指示與他們接觸較多的段伯宇也立即走。上級改派田雲樵來領導他們。田雲樵和段仲宇在萬國公墓按約定暗號接上了頭。田雲樵指示，一定要按照已決定的方案行動，如果上海火線起義不成，就爭取在調防途中起義，決不能把隊伍撤到南方去。
那天，參謀長戴傑夫來見段仲宇時，劉農畯也一道陪同。段仲宇特意和劉農畯握了握手，一語雙關地說：“船一定讓你滿意，到時我就不送了。”若想調防途中起義，搞到合適的船是關鍵。考慮到傘兵三團約2500人必須同時行動，所以一定要弄一艘將全部人員都能裝下的大船。段仲宇派信任的參謀李春華到海運處，要到一艘長60米、載重3000噸的中字102號坦克登陸艇，又在空餘艙位裏裝上一批美國人從關島、衝繩運來的通訊器材，然後將船隻交給劉農畯派來協助起義的地下黨員陳家懋、李貴田。
4月13日上午，傘兵3團和傘兵司令部軍械處共2500餘名官兵在黃浦碼頭聚餐。團長劉農畯舉杯預祝大家一路順風。同時宣布：為了航行的安全，任命團附（相當於“團長助理”）李貴田為航行指揮官。傘兵3團團附、地下黨員李貴田當即宣布登船事項，從各連指名抽調班長、士兵組成糾察隊，由周其昌、孟虎（均為中共黨員）擔任正副隊長，負責航行期間的安全工作。
下午2時，劉農畯團長一聲令下，宣布起航。晚上7時30分，登陸艇來到東海花鳥島以東的海麵上。李貴田密切注視著航海標記。按領航規定，這裏是南下和北上的轉折點。關鍵的時刻到來了！他來到登陸艇駕駛艙，登上駕駛台。毫不知情的艇長不滿地說：“這裏是駕駛重地，你來幹什麼？”
李貴田沉著地說：“傳達國防部命令：‘因戰事需要，命令傘兵3團增援青島。’現在，我命令你立即掉頭北上。”他邊說邊拿出事先擬好的“國防部急電”。
登陸艇北上之後，14日下午4時，劉農畯在他的房間召開連長以上軍官會議，會上劉農畯宣布起義。14日晚8時，登陸艇改變了新航向，朝連雲港開去。
4月15日黎明時分，“中102號”坦克登陸艇徐徐駛進連雲港。劉農畯的國民黨傘兵三團在海上起義後，終於開到了解放區。中共新海連特委書記穀牧、特區警備司令部司令員王曉等領導，前往港口迎接。5月18日，毛澤東主席和朱德總司令給起義傘兵們發來了祝賀電。
江山易主 將軍回歸
預幹一總隊和傘兵三團這兩支“太子軍”，是全副美式裝備的特種部隊，可謂嫡係中的嫡係。這兩支隊伍“從蔣家的心窩裏反出來”時，震撼了寧滬杭各方。消息傳到蔣介石那裏，他不由大罵：“段氏兄弟斷送了我的半壁江山！”國民黨報紙評論“其行動在軍事上遠不及江寧事件之嚴重，隻是在政治意識上，給政府、給人民以極大的刺激，因為這一批正是萬人矚目之‘國之瑰寶’的知識青年。”他們的起義，對於瓦解國民黨軍軍心，配合解放軍渡江，解放南京、上海發揮了重要的作用。
此後，其他部隊也相繼行動。齊國楮在解放軍渡江後率領江蘇省保安第九旅萬餘人在金壇、溧陽一帶投向人民；有的部隊雖未起義成功，但在解放軍渡江後，均未進行什麼抵抗而自行瓦解了。
黨組織緊急安排已受懷疑的段伯宇撤往香港後，段仲宇繼續留在上海戰鬥。
段仲宇利用手中的職權，以各種借口拖延發車、發船計劃，使國民黨大量部隊無法正常調動。國民黨欲把大量物資運往台灣，他利用職務之便，巧妙地拖延時間，為新中國保存了大量急需物資。存放在上海的軍糧、被服和武器彈藥落入我軍手中，光奇缺的通信器材就調撥400噸運往解放區……李正文離滬前，還布置好了輜汽二團的起義。在國民黨守軍撤到蘇州河北之前幾小時，段仲宇前去會見該團副團長和六個連長，要求他們保護好所有裝備。後來，這個團的四百多輛道奇卡車都歸了解放軍。5月24日，在解放上海戰役中，段仲宇下屬的輜重汽車部隊兩個團陣前起義，迎接解放軍順利渡過蘇州河，並且組成快速部隊，插入河北江灣地區，追殲湯恩伯殘部。
1949年10月1日，中華人民共和國成立。段伯宇和他的戰友們登上了天安門前的觀禮台，光榮地參加了新中國的開國大典。
新中國成立後，段伯宇參加中央軍委武官班學習，1950年畢業後任外交部行政處長兼黨支部書記，接管國際俱樂部，並任中國人民外交學會副秘書長兼黨支部書記；1956年入中央高級學校學習，畢業後任該校哲學教研室講師；1960年任中國科學院亞非研究所黨委書記，亞非學會副秘書長；1964年參與籌辦亞非拉國際科學會議。同年，根據周恩來總理關於搞好中國自然科學的指示，任中國科學院自然科學史研究所負責人兼黨委書記。1985年起，任第六屆全國政協委員；1986年被選為中國亞非學會理事、顧問。1987年離休。1998年9月23日，段伯宇在北京逝世，享年94歲。
全國解放後，段仲宇先後擔任軍械學校副校長、後勤工程學校訓練部副部長等職，1982年，段仲宇從部隊離休。1984年4月，南京黃埔同學會成立，德高望重的段老擔任副會長兼秘書長。段仲宇說，他相信不久的將來，台灣一定會回到祖國的懷抱，任何人都不可能將台灣分裂出去。
曆史翻過了新的一頁，但段氏兄弟為革命立下的功勳將永載史冊。