刚刚赶到武汉的上海区委代表罗亦农，对报告给予了两个字的评价“糟糕”。叶挺则连忙问身边的人：“报告经中央集体讨论过没有？”得到的回答是“不知道”。
陈独秀发言后，共产国际代表罗易发言。他引导与会代表就陈独秀的政治报告进行辩论。辩论持续了整整４天，气氛非常热烈，甚至充满了一点火药味。要求签名发言的达３８人，达到参加会议代表的半数，其中任弼时、瞿秋白等人的发言最引人注目。
任弼时，湖南长沙人，是当时中国共产主义青年团书记，刚从苏联莫斯科参加了青年共产国际第六次执委会后回国。到达上海时，正赶上蒋介石发动“四·一二”大屠杀。在了解情况后，他迅速离开上海到达武汉，参加了中共五大。任弼时到武汉后，在武昌都府堤４１号见到了毛泽东。会前，两人交换了对当前形势的看法。
辩论期间，与会代表都收到了瞿秋白写的一本小册子《中国革命中之争论问题》。瞿秋白充满激情地写了２万多字，他写道：“我可不怕皇帝制度的斩首。我敢说：中国共产党内有派别，有机会主义。”瞿秋白列举了自１９２３年至１９２７年党内领导层右倾错误共１７例，并且说：“将这些事实一一罗列起来，自己看一看，真正要出一身冷汗！”本来，瞿秋白是把小册子提交给了大会主席团，但在陈独秀那里被扣住，不准散发给与会代表。瞿秋白迫不得已，只好将小册子提交给参加小组讨论的各位代表。
面对瞿秋白的尖锐指责和批评，陈独秀有点坐不住了，不停地吸烟。中共四届常委、宣传部长彭述之早已躁动不安，嘴里叽里咕噜地重复着“见了鬼了”的口头语。
瞿秋白的小册子在代表中赢得了广泛支持。代表们低头仔细阅读着小册子，脸上不时露出一阵阵会心的微笑。淋漓酣畅的文字，精辟深刻的分析，使得连日来与会代表们郁闷的心情暂时舒缓了些许。坐在瞿秋白夫人杨之华身旁的恽代英一边翻小册子，一边笑着对她说：“这个标题写得好，写得尖锐。”他是指扉页上的副标题“第三国际还是第零国际？
中国革命中之孟塞维克主义”。恽代英接着说：“目录上的五大问题也提得鲜明，问得实在好！”他指的是瞿秋白在书中所提的“中国革命么？谁革谁的命？谁能领导革命？如何去争取领导？领导的人怎样？”５个问题。
此时，仍在上海坚持地下革命斗争的周恩来，在上海工人发动第三次武装起义失败后，正隐蔽在上海。因此，他不能亲自来参加大会，但十分关注五大的召开。他特地委托上海区委的罗亦农带来了两点意见，一是中央要承认错误，二是彭述之不能进中央委员会。看了这两点意见，陈独秀甚至有点不相信，这些意见竟来自平时看上去那样宽容的周恩来。
在湖南领导了声势浩大的农民运动并卓有成效的毛泽东，也向大会提交了立即普遍解决农民土地问题的方案，这是毛泽东和在广东、江西等地领导农民运动的彭湃、方志敏在会前联合制定的。但陈独秀等人对此不屑一顾，没有将毛、彭、方等人的提案列入大会议程。
５月４日，武汉国民政府主席汪精卫出席了大会，并代表国民党中央致辞。随后，共产国际代表罗易作了《中国革命的前途和性质》的报告，主要是传达此前召开的共产国际第七次会议关于中国问题的决议案。
但在报告中，罗易掺进了自１９２７年２月份到达中国后对中国革命的许多个人意见，其中有很多不符合中国的实际情况。
５月９日，中共五大通过了《中国共产党接受共产国际第七次会议关于中国问题决议案之决议》《政治形势与党的任务决议案》等一系列决议案；选举产生了第五届中央委员会，陈独秀、李维汉、瞿秋白、蔡和森、周恩来、张国焘、任弼时、陈延年、陈乔年等３１人当选为中央委员，毛泽东、郭亮等１４人当选为候补中央委员。在这一届中央委员会的３１人中，陈独秀一家就有３人，即陈独秀和他的两个儿子延年、乔年，这在中国共产党的历史上恐怕是绝无仅有的特例。
第二天，大会闭幕。随后举行的五届一中全会上，陈独秀、蔡和森、李维汉、瞿秋白、张国焘、谭平山、李立山４人当选为中央政治局委员，苏兆征、周恩来、张太雷为政治局候补委员，陈独秀、李维汉、张国焘为政治局常委，陈独秀为中共中央总书记，周恩来为秘书长。
会后，陈独秀虽然继续担任中共中央总书记，但他清楚地