หลวงสินธุสงครามชัย ได้เข้าร่วมเป็นสมาชิกคณะราษฎร ขณะยังศึกษาอยู่ยังโรงเรียนเสนาธิการทหารเรือ ประเทศเดนมาร์ก เมื่อเดินทางไปเยือนกรุงปารีส ประเทศฝรั่งเศส ระหว่างช่วงพักการเรียน[6] จึงได้รับการชักชวนผ่านทางนายทวี บุณยเกตุ สมาชิกคณะราษฎรสายพลเรือน[7]

เมื่อกลับมายังประเทศไทยแล้ว หลวงสินธุสงครามชัย ยังได้หาพรรคพวกเพิ่มเติมในสายทหารเรือเพิ่มขึ้นอีกหลายคน เช่น หลวงศุภชลาศัย, หลวงนิเทศกลกิจ, หลวงสังวรยุทธกิจ, หลวงนาวาวิจิตร, หลวงธำรงนาวาสวัสดิ์ เป็นต้น และยังให้แต่ละคนไปหาพรรคพวกเพิ่มขึ้นอีกอย่างละไม่เกิน 3 คน เพื่อกันความลับรั่วไหล รวมทั้งสิ้นมีกองกำลังทหารเรือในคณะราษฎรจำนวน 24 นาย แต่เมื่อถึงเวลาปฏิวัติจริง ๆ แล้วใช้เพียง 18 นาย เนื่องจากอีก 6 นายที่เหลือนั้น สังกัดโรงเรียนชุมพลทหารเรือ และกรมสรรพาวุธทหารเรือ ซึ่งตั้งอยู่ในเขตตำบลปากน้ำ และเขตตำบลบางนา จังหวัดสมุทรปราการ อันอยู่ห่างไกลจากจุดที่เกิดเหตุ แต่ทั้งหมดก็ตกลงกันว่า หากเกิดเหตุการณ์อันใดขึ้นแล้ว ก็จะใช้กำลังที่มีอยู่ยึดอำนาจภายในโรงเรียนและกรม[6]

โดยในเหตุการณ์การเปลี่ยนแปลงการปกครอง พ.ศ. 2475 แผนการของสายทหารเรือก็คล้ายคลึงกับสายทหารบก คือ ลวงเอากำลังทหารและอาวุธออกมาใช้ โดยอ้างว่าจะนำไปปราบกบฏ หลวงสินธุสงครามชัย ในฐานะหัวหน้าคณะราษฎรสายทหารเรือ ขณะนั้นมียศเป็น นาวาตรี (น.ต.) และมีตำแหน่งเป็น ผู้อำนวยการโรงเรียนนายทหาร ได้นำกำลังทหารเรือประมาณ 400 นายเศษ พร้อมอาวุธครบมือ และกระสุนจำนวน 45,000 นัด ซึ่งงัดมาจากคลังอาวุธ กองพันพาหนะทหารเรือ (หน่วยบัญชาการนาวิกโยธิน ในปัจจุบัน) ไปยึดสถานที่ ณ ลานพระบรมรูปทรงม้า ยาวไปจนถึงเชิงสะพานมัฆวานรังสรรค์ ตั้งแต่ก่อนเวลา 06.00 น. โดยเริ่มกันตั้งแต่เวลา 03.00 น. ที่จุดนัดพบ คือ ท่าราชวรดิฐ เพื่อรอคอยกำลังของฝ่ายทหารบก ภายใต้การนำของ พันเอก พระยาทรงสุรเดช มาสมทบ อีกทั้งยังได้ให้ทหารเรือส่วนหนึ่ง นำโดย หลวงนิเทศกลกิจ เข้าคุ้มกันคณะของ หลวงโกวิทอภัยวงศ์ (ควง อภัยวงศ์) และนายประยูร ภมรมนตรี ในการตัดสายโทรศัพท์และโทรเลข ที่กรมไปรษณีย์โทรเลข (ไปรษณียาคาร) หน้าวัดราชบุรณราชวรวิหาร (วัดเลียบ) ในเวลา 04.00 น. และสั่งให้ทหารเรือประจำเรือยามฝั่ง และเรือปืนต่าง ๆ ติดเครื่องยนต์ ล่องในลำน้ำเจ้าพระยา เพื่อทำการปฏิวัติ โดยแผนการทั้งหมดของฝ่ายทหารเรือ หลวงสินธุสงครามชัย เป็นผู้วางแผนเองทั้งหมด[6]