遊行隊伍到達長堤一景酒家、中央銀行門前時，從馬路兩旁突然衝出幾十個穿黑膠綢的便衣大漢，手持一丈多長的大木棍、鐵尺，像惡狼瘋狗一樣，向徒手的學生撲打過來，打碎卡車車頭玻璃，車上的女生躲避不及，被擊暈倒，整車標語漫畫和宣傳用品被搗毀、搶走。走在隊伍前列的女學生隊伍首當其衝，不少人被打得頭破血流，鮮血濺灑在馬路上；男學生也因手無寸鐵，又猝不及防，致有十多人被暴徒擊倒，昏迷在地，暴徒還對倒在地上學生的胸部腹部亂踢亂踩。這時候，高舉旗幟走在隊伍前頭的工學院學生胡澤群（中山大學地下黨組織負責人）取下旗幟，揮動旗杆，振臂高呼：“我們要反攻呀！”帶頭向暴徒衝去。霎時，學生像潮水般擁向暴徒，強烈的呼聲如山崩地裂，震動長堤。在學生的英勇反擊下，有四個暴徒倒下，其餘驚惶逃遁。這時，長堤的許多搬運工人和商店職工對暴徒也極為痛恨，紛紛把手裏的竹杠和店裏的木棒拿給學生自衛，追擊暴徒。救護隊將受傷同學送往醫院，遊行隊伍整隊後繼續前進。隊伍到達海珠路口時，又遭到第二次襲擊。這時走在隊伍前麵的學生就以手裏的竹杠、扁擔和木棒為武器，衝向前去迎擊，後麵的學生也撿起石頭磚塊作為武器迎戰，徒手的學生也上前助戰。經過這場反擊鬥爭，暴徒有八人被擊倒，其餘相繼逃逸，有一個暴徒被活捉後供認：他是受廣州市政府社會局以五萬元雇來喬裝工人打共產黨的，打傷一個，錢加一倍。在兩次被襲擊中，學生共有近百人受傷，其中21人受重傷。學生在與暴徒搏鬥時，充分表現了不畏強暴的英雄氣概。
遊行隊伍秩序井然地循原路返校。一路上，宣傳隊學生向沿途群眾講述了這次血案始末，說：“我們為了全國人民能活下去而遊行，為了呼籲停止內戰而遊行，政府為什麼要鎮壓我們？為什麼要雇用特務來殘殺我們？今天我們四五十位同學被擊倒，有的受重傷，有的生命垂危，大家想一想，政府的手段多麼卑劣？！多麼殘酷？！這還成什麼政府？還像什麼世界？”學生聲淚俱下地控訴政府的暴行，深深感動了廣州的市民。
下午2時，學生經過幾十裏遊行示威和幾場搏鬥，都感到相當疲乏，就回到惠愛路平山堂中山大學附中的操場歇息；過了一些時候，就在操場上臨時集會，首先向受難同學致敬；接著，作出了罷課抗議政府暴行的決議，並決定當晚在石牌體育館開全校學生大會，共商應急措施；還公布受傷同學姓名，號召大家捐助治療費用或獻血。遊行隊伍剛離開附中，軍警憲特又包圍了附中所在地平山堂，見學生就抓，有些暴徒還毒打過路的中山大學學生。
下午4時，遊行隊伍冒著風雨回到石牌，傍晚，2000多學生不顧勞累在體育館開全體學生大會，群情激憤，作出了六項決議：
一、要求嚴懲凶手，嚴懲行凶現場指揮者廣州社會局督導陳某；
二、立即釋放被捕同學；
三、要求政府負責全部受傷同學的醫療費，賠償一切損失；
四、全校同學絕食一天，捐款慰問受傷同學；
五、罷課抗議政府暴行；
六、定“五三一”為中山大學“學生日”，作為永久紀念。
大會正在進行時，附中同學跑來報告，軍警已包圍平山堂，到市區采購的同學也被毒打等消息，群情更加激憤，於是大會提早結束，並告誡全校同學要互相關心，提高警惕，準備應變。
6月1日清晨3時左右，軍警憲特1000多人將石牌中山大學校舍團團圍住，所有通道和宿舍門口。都架起了機關槍。槍上膛，刀出鞘，特務手持黑名單闖入宿舍抓人，逮捕了胡瑞良、嚴子穎、陳梅生等學生，還把梅龔彬夫婦和丘琳、廖華揚等教授捆綁關押在三青團中山大學團部裏，又逮捕了章導、彭芳草教授，封閉了章導主編的《每日論壇報》。
當學生發現宿舍被圍、人被抓後，像黃河決堤一樣，齊聲怒吼，不約而同地敲打洗臉盆，紛紛走出宿舍，向士兵進行宣傳。師生集合起來，衝破封鎖線，包圍保安隊的臨時指揮部，以胸膛迎著槍口，步步逼進指揮部，要求放人，否則決不罷休。保安隊在群眾壓力下，不得不釋放梅龔彬等教授，然後撤退。憤怒的人群當即搗毀了三青團中山大學團部，將三青團骨幹分子逐出石牌。
中山大學學生麵對國民黨的殘酷鎮壓，進行了頑強的鬥爭。工委會發表了《為抗議“五三一”血案及“六一”非法逮捕事告社會人士書》，向社會各界揭露政府鎮壓學生的血腥罪行，駁斥中央社對“五三一”“六一”事件的造謠誣蔑；同時，成立了營救被捕同學的組織，呼籲各界人士援助。6月9日，國民黨當局在社會輿論的壓力下，釋放了無辜被捕的胡瑞良、嚴子穎等14名學生，全校同學鳴放鞭炮，熱情歡迎，親切慰問，有些同學高興得熱淚盈眶。