Начавшееся в Польше восстание постепенно охватывало территорию Литвы и Белоруссии. В апреле 1863 года Врублевский исчез из Сокулки. Донося об этом, начальство далеко не сразу решилось сделать предположение, что он примкнул к мятежникам. Между тем Врублевский в соответствии с решением повстанческой организации в условленном месте собрал отряд, насчитывавший более двухсот человек и состоявший из воспитанников Сокульского училища и окрестных крестьян. Повстанческим военным начальником на Гродненщине был назначен ветеран восстания 1830—1831 годов О. Духинский, возвратившийся из эмиграции. Врублевский стал его начальником штаба. Одряхлевший и неспособный руководить партизанскими действиями, Духинский с самого начала обладал лишь номинальной властью, фактически командование осуществлял Врублевский. Ротами повстанцев, сосредоточившихся в Беловежской пуще, в большинстве случаев командовали бежавшие из частей царские офицеры из числа единомышленников Сераковского, Домбровского, Потебни.
Оглашая повстанческий манифест по крестьянскому вопросу в близлежащих населенных пунктах и занимаясь военной подготовкой, повстанцы старались до поры до времени избежать столкновения с карательными войсками. 29 апреля, однако, им пришлось принять бой с превосходящими силами противника. Повстанцы проявили отвагу, Врублевский был особо отмечен в числе наиболее отличившихся смелостью и боевым мастерством. Однако каратели одержали победу: они оттеснили повстанцев, захватили их обоз с запасами продовольствия и казной. Лишь через две-три недели удалось вновь сформировать отряд; к началу июня в нем было примерно сто шестьдесят косинеров и около двухсот конных бойцов, которыми командовал лично Врублевский В Рожанском лесу в эти дни отряд принял участие в параде повстанческих сил Гродненского воеводства. Общая их численность достигала тысячи человек. Парад принимали повстанческие предводители на Гродненщине Константин Калиновский и Аполин Гофмейстер, памятный Врублевскому по 1848 году.
В июне повстанцы имели несколько удачных столкновений с карателями. Численность отрядов выросла почти вдвое. В отряды пришло много батраков, рабочих, бедноты из городов и местечек. Шли также неимущие шляхтичи, вольные хлебопашцы, государственные крестьяне. Приток свежих сил обусловливался прежде всего тем, что по требованию Калиновского повстанческие власти строго следили за осуществлением повстанческой аграрной программы. Однако численность карательных войск росла еще быстрее. Теснимые со всех сторон повстанцы в конце июня вынуждены были отойти в глубь Беловежской пущи.
В июле и августе повстанческие отряды вели тяжелые оборонительные бои, с трудом отбиваясь от преследовавшего их противника. Врублевский хорошо знал все лесные тропки и располагал подробными картами лесных массивов на Гродненщине; это не раз спасало повстанцев. В августе Духинский официально ушел в отставку. Калиновский, сосредоточивший в своих руках руководство восстанием в Литве и Белоруссии, назначил Врублевского командующим повстанческими силами на Гродненщине. Новый командующий был неутомим, проявлял чудеса распорядительности и храбрости. Он первым вступал в бой и отступал последним, он заботился о нуждах крестьян, что обеспечивало их поддержку повстанцам. Но соотношение сил все ухудшалось, бороться становилось все труднее.
Останавливаться нельзя. Переходя из одного лесного массива в другой, прячась в самую глухомань, повстанцы постепенно подвигались к Августовскому воеводству. Много опасностей подстерегало их на пути. Адъютант Врублевского И. Арамович, например, вспоминает: Под вечер сидели мы [...] на лугу среди болот и просек и делились куском хлеба и крошками зеленого табака [...]. Среди чащ, среди трясин немыслимо было узнать ни дорогу, ни направление. Командир сказал, что надо обождать зари, ибо наступила ночь. Прилегли мы на болоте. Каждый из нас искал места поудобнее у кустов, чтобы хоть голову можно положить чуть повыше. На заре нас разбудили чьи-то покрикивания. Это были казаки, которые ловили своих коней с ночного. Непрерывные утомительные переходы, почти ежедневные столкновения, отсутствие продовольствия и снаряжения заставляли многих повстанцев уходить домой, а командиров оставлять своих подчиненных и скрываться за границу. Врублевский один, кажется, оставался непоколебимым, не утрачивал ни на минуту бодрости и веры в успех.
Силы повстанцев таяли, была уже осень — нужно было обеспечить сохранение хотя бы минимума сил в зимний период. В сентябре Врублевский передал на время командование и поехал в Варшаву с предложением вывести свои отряды на зимовку в Подлясье. Предложение было принято, и намеченный план проведен в жизнь. В ряде боев, происходивших в ноябре и декабре 1863 года на территории Польши, Врублевский снова проявил себя умелым и хладнокровным военачальником, причем особенно удачно он командавал конниками. В конце декабря Врублевский был назначен повстанческим военным начальником в Подлясском и Люблинском воеводствах. В январе 1864 года около Устимова на конных повстанцев под командованием Врублевского неожиданно напал казачий карательный отряд. Он пытался остановить противника, но, тяжело раненный в голову и плечо, упал с лошади. Спасло Врублевского только то, что каратели сочли его убитым.