事后，恽代英根据党中央指示，积极发动社会各界群众参加斗争。他召集上海各大学学生代表开会，讨论和通过了三条决议：一、印发传单和宣言，报道罢工的真实情况；二、募款援助罢工工人；三、设法营救被捕学生。30日，在恽代英、侯绍裘的指挥下，各校学生和部分工人三千余人，分成许多小分队挺进上海租界区。他们不顾巡捕的阻拦、干涉和拘捕，在南京路等主要街道上散发传单，张贴标语、漫画和演讲。丧心病狂的帝国主义巡捕竟向赤手空拳的学生、工人开了枪，当场打死13人，造成了震惊中外的"五卅"惨案。
帝国主义的暴行，激起了上海各界人民的义愤，在党的领导下，上海各界开展了罢工、罢课、罢市的"三罢"斗争。
为了把"五卅"运动推向全国，恽代英常常废寝忘食，作了大量工作。"五卅"惨案一发生，他立即以国民党执行部名义发电全国各地党部和群众团体。要求各地迅速行动起来，声援上海爱国运动；运动高潮当中，他又到丹阳、镇江、扬州、南京等城市，进行宣传鼓动工作。他还以笔作武器，在《中国青年》和《民族日报》等报刊上撰文揭露帝国主义和反动派扼杀爱国运动的卑劣伎俩，批判资产阶级的妥协，号召民众投入到反帝爱国运动的洪流中去。他讲求实际、埋头苦干、艰苦奋斗的革命精神，使青年们深受感动，大家尊敬地称他为"苦行头陀"、"当代墨子"。
随着中国工人阶级力量的逐渐强大和中国共产党在全国人民中的威信日益提高，民族资产阶级中的右翼非常恐惧，他们千方百计限制和削弱工人阶级和中国共产党；以蒋介石为首的国民党新右派集团，也开始暴露出反革命的狰狞面目。戴季陶就是这个反动集团中的一个主要干将。
戴季陶标榜跟随孙中山十余年，是"真正三民主义的信徒"，他鼓吹"建立纯正的三民主义"，借以反对中国共产党；他还鼓吹阶级调和论，反对马克思主义关于阶级和阶级斗争学说，根本否认中国存在着阶级的对立。
恽代英这时期写了《读〈孙文主义之哲学的基础〉》、《民族革命中的中国共产党》、《国民党与阶级斗争》、《真三民主义》等文章，痛斥了戴季陶等的反动理论。
反对戴季陶主义的斗争，在上海大学也很激烈，戴季陶、王柏龄、陈诚等国民党右派发起组织了反动的"孙文主义学会"，拉拢青年学生。上海大学内的共产党员、青年团员和国民党左派也组织了"中山主义学会"与之相抗衡，并出版了《中山主义》周刊，反击戴季陶主义。1925年底，恽代英在上海大学作了题为《孙中山主义与戴季陶主义》的演讲，无情鞭笞了戴季陶之流。他大声喝道："没有平等思想的，不配称中山主义的信徒；所以一切资本主义者国家主义者走开！""没有革命精神的，不配称中山先生的信徒；所以一切戴季陶主义走开！"这篇演讲在上海各大学学生中产生了很大的影响。
起义烽火
1927年4月，蒋介石在上海发动了反革命政变。5月，他又指使国民革命军独立师师长夏斗寅率部进攻武汉，革命形势急转直下。
这时，刚刚在中共"五大"上当选为中央委员的恽代英，又回到了武汉，继续主持中央军事政治学校武汉分校工作。为了保卫武汉的革命政权，恽代英兼任党代表，带领由武汉中央军校和中央农民运动讲习所的学员整编成的中央独立师，开赴前线，与叶挺部队一起，击败了夏斗寅叛军。
继夏斗寅叛变之后，湖南又发生了"马日事变"。接着，汪精卫举行"分共会议"，也开始镇压革命。顿时，武汉三镇陷入了一片白色恐怖之中。
为了保存军校这支党团员占百分之七十的革命队伍，恽代英和党组织借"打野外"之名，将部队拉到武昌郊区，改编成第二方面军总指挥部教导团，准备应付突发事变。汪精卫"分共"会议后，恽代英立即部署军校革命力量转入地下。
7月下旬，恽代英奉中共临时中央命令，乘船到达九江。这时，形势突变，第二方面军总指挥张发奎在汪精卫拉拢下，决意"清共"，令二方面军中的共产党员退党。是坐以待毙还是举行武装起义？李立三、邓中夏、恽代英等立即召开会议，决定：军事方面"军队于28日以前集中南昌，28日晚举行暴动"；政治方面"组织中国国民党革命委员会为集中政权、党权、军权之最高机关，以反对宁汉政府中央党部，继承国民党正统。"紧接着，党中央决定成立以周恩来为书记，恽代英、李立三、彭湃为委员的前敌委员会，负责领导南昌起义。
7月30日，恽代英、张国焘等到达南昌，前敌委员会立即开会，决定将起义时间改在8月1日凌晨4时。
8月1日凌晨2时，前敌委员会领导国民革命军第二十军全部和第四军、第十一军各一部以及第三军军官教导团等二万余人，在南昌提前举行起义。当天上午，在原江西省政府所在地召开了国民党中央委员会及各省区特别市海外各党部代表联席会议，选举产生了以共产党员为核心、有国民党左派参加的革命政权机构---中国国民党革命委员会，恽代英为七人主席团主席、革命委员会委员。8月2日上午，在革命委员会委员就职盛典上，主席团任命恽代英为宣传委员会代主席、财政委员会委员和起义军总政治部代主任。
南昌起义使反动派十分惊慌，他们急忙纠合各部反动军队向革命力量扑来。汪精卫公然诬蔑担任国民党中央委员的共产党人吴玉章、林伯渠、恽代英等"叛国叛党""均著开除党籍及褫夺职权"。并下令"缉拿讯办"。南京的反革命武装也扑向起义军。
面对强大的敌人，前委决定回师广东，重建革命根据地，实行第三次北伐。8月2日至5日，起义军开始分批撤离南昌，开始南征。
时值盛夏季节，一阵儿骄阳似火，一阵儿大雨倾盆，起义将士一阵儿浑身汗水，一阵儿满身泥巴。加上道路崎岖，士兵们每人还要背二百五十发至三百发子弹，扛机枪大炮，每日行走六十里，甚至近百里，疲惫不堪。沿途的老百姓，又因受反动派的欺骗宣传，相率逃避，路上连食物和茶水都买不到。一些士兵情绪低落，落伍的、患病的日渐增多。针对这种情况，恽代英一边沿途作宣传鼓动工作，一边以身作则，把马让给伤病员骑，自己赤着脚，坚持和士兵们徒步行走。他的作法使士兵们非常感动，他们说："那些大委员们，比我们更能吃苦些！"能文善演讲的恽代英，每逢部队休息，总要进行一番演说，宣传革命必胜的道理，鼓励将士们将革命进行到底。他时而讲几句笑话，逗得战士们哈哈大笑；时而带领战士们唱歌，这样，既消除了行军的疲劳，又提高了部队的士气。
9月下旬，起义军在广东潮汕地区受挫。10月初，周恩来召集李立三、恽代英、彭湃、张国焘、谭平山、贺龙、叶挺、刘伯承、聂荣臻、郭沫若等人在流沙墟(今普宁县)的一座教堂里开紧急军事决策会议，决定：在敌军前阻后追的危急情况下，取消起义军原来所用的"国民党革命委员会"的名义，打出苏维埃的旗帜；收集整顿武装人员，向海陆丰撤退，会合当地农民武装，改编为工农红军；非武装人员愿留的留，不愿留的就地分散。会后不久，恽代英乘船到了香港。
在香港，恽代英在南方局和广东省委召开的联席会议上当选为广东省委常委，并主编省委机关刊物《红旗》。11月，中共广东省委根据党中央指示，趁粤桂军阀在西江地区对峙、广州市内敌军力量空虚的时机，发动广州起义。恽代英立即从香港赶赴广州，协助广东省委书记张太雷进行起义的准备工作。
12月6日，广东省委常委召开紧急会议，讨论和决定了起义的军事行动、力量部署和起义日期，并通过了由恽代英拟写的政纲、宣言、告示等文件。11日凌晨，在恽代英、张太雷、叶挺等人领导下，广州起义爆发了。
恽代英颈系红领带，戴着深度的近视眼镜，在起义誓师大会上发表演讲，他说："我离开你们好几个月了，很想念你们，我知道你们每个人胸中都埋藏着对国民党反动派无穷的怒火。8月4日在九江、9月中旬在韶关，张发奎先后两次下令解除你们的武装。今天，你们的老团长叶剑英告诉你们，反动派又想要解除你们的武装。这回，我们可不交枪了，要缴他们的枪。我们要坚持站在革命的工人、农民一边，要报仇，要暴动，和反动派算帐，讨还血债，取得暴动的胜利，建立自己的苏维埃政府。"当天，广州苏维埃政府在炮火中诞生，恽代英担任苏维埃政府的秘书长。由于国民党反动武装的力量强大，12日，张太雷牺牲，起义再次受挫。恽代英临危不惧，一面沉着地指挥战友们撤离，一面鼓励大家说："挫折是不可避免的，要经得起挫折。""我们干它三十年，革命决不会一事无成！"直到13日深夜，恽代英才和最后一批战友离开了总指挥部，撤到了香港。
并开始了新的战斗。
烈火中永生
在香港，恽代英一边组织寻找和接待广州起义失败的流散人员，将他们安全转移到上海或其他地方，一边继续负责编辑广东省委主办的《红旗》杂志。不久，他的妻子沈葆英也来到了香港，协助他工作。
恽代英是于1927年1月16日结束了为妻子沈葆秀十年守义的生活而和其妹沈葆英结婚的。他们的结合，不仅仅是他的岳父沈元驹先生的遗愿，更主要的是共同的理想将他们联结起来了。沈葆英从小就在二姐夫的鼓励和影响下，参加进步活动。考上湖北省立第一女子师范学校后，恽代英将每期《中国青年》都寄给她，并写信鼓励她投身革命。1924年，沈葆英加入了社会主义青年团，次年转入中国共产党。恽代英和沈葆英虽然分处两地，但他们始终保持着书信往来，并终于走到了一起。
在香港的生活异常艰苦，由于坚持地下工作，党的经费常常中断。繁重的工作和艰苦的生活，使恽代英身体非常消瘦，沈葆英心里十分难过，恽代英却非常乐观地对她说：我们是贫贼夫妻，视王侯如粪土，视富贵如浮云。我们不怕穷，不怕苦。我们要安贫乐道，这个"道"就是革命的理想；为了实现它而斗争，就是最大的快乐。
1928年，中共"六大"以后，恽代英被调到上海担任中共中央组织部秘书长，并同周恩来、项英、李立三、罗绮园等一起负责培训党的干部的工作。次年，他又调任中共中央宣传部秘书长，主编中共中央机关刊物《红旗》。这一时期，他撰写了许多文章，宣传党的"六大"的路线和政策。在党的六届二中全会上，他被增补为中央委员。
1929年底，资本主义世界爆发了空前严重的经济危机，国内军阀又重新开战，中国革命力量乘机发展起来，这时党中央的实际领导人李立三头脑逐渐发热。他不顾敌强我弱的基本事实，盲目主张搞城市暴动。恽代英觉察后，开始在实际工作中抵制这种"左"倾盲动错误。李立三对此十分恼火，他给恽代英扣上了"调和主义"、"右倾机会主义"的帽子，并调恽代英到上海沪中区任行动委员会书记，后又任上海沪东区行动委员会书记。
恽代英遭此打击，仍忍辱负重，严守纪律，坚持党的地下工作。1930年5月6日，恽代英到杨树浦韬明路附近联系工作。在接头时不幸被捕。他虽然佯称是武汉来沪的失业工人，叫王作林，但巡捕见他带眼镜，有水笔，手表及40元钱，顿生疑心。随后，又在他附近搜到传单一包，便将他作为共产党嫌疑犯押到巡捕房。6月初，恽代英从上海警备司令部看守所转押至漕河径监狱，因证据不足，被判处5年徒刑。8月底，又被押往苏州监狱；次年2月，再转送南京江东门外的中央军人监狱。
狱中的生活极其恶劣，饭量不够，还经常是霉米馊饭；水也不够喝，经常见不到阳光，呼吸不到新鲜空气。为了改善狱中生活环境，恽代英领导难友们同反动派作斗争，要求增加饮水和饭量。南昌起义纪念日来到，他就给大家讲述起义的经过和意义，鼓舞难友们的斗志。在狱中，他还写下了不朽的《狱中诗》：浪迹江湖忆旧游，故人生死如千秋。已摈忧患寻常事，留得豪情作楚囚。
这首气吞山河的诗篇，表达了一个共产党员对革命的坚强信念、对战友的深情厚意和视死如归的革命英雄气概。
1930年8月，从莫斯科回国的周恩来、瞿秋白积极设法营救恽代英。当事情刚刚有了眉目，组织也通知他准备提前出狱时，不料中央特科负责人顾顺章于1931年4月24日被捕叛变，供出了尚未出狱的恽代英。蒋介石闻讯后，又惊又喜，急令敌军政部军法处长王震南到狱中查核。当王震南拿着恽代英的照片，认出恽代英，并向恽代英劝降时，恽代英正色回答道："现在蒋介石变了，他反苏、反共，屠杀工农。我本人是共产党员，必须革国民党反动派的命。这也就是我现在的庄严任务。"他沉思片刻，站起身，攥紧拳头，壮怀激烈地说："生与死，我早就看透了。我随时准备为革命献出一切！"1931年4月29日中午，难友们正在吃饭，忽然听到走廊里响起了悲壮的《国际歌》声，"啊，代英！"他们看到刽子手们押着恽代英走过来了，眼泪立时夺眶而出。
恽代英神色泰然，拖着沉重的脚镣，迈着坚定的步伐，走出了牢狱，来到狱中的一块菜园地边。
"恽匪代英跪下受刑！"前来监刑的王震南嚎叫着。
"共产党人是从来不下跪的！"恽代英严词拒绝。接着，他面对黑暗阴森的监狱和国民党士兵慷慨陈词道："现在蒋介石要走袁世凯的老路，篡夺革命果实，屠杀革命志士，献媚帝国主义，处处较袁世凯有过之而无不及，必将自食其果！"王震南惊恐万状，急令行刑。可执刑者双手哆嗦，半天也扳不动枪机，执行官只好换了一个看守射击。
恽代英振臂高呼："打倒蒋介石！""中国共产党万岁！"
"啪，啪！"枪声响了，恽代英身中数弹，英勇地倒下了。时年36岁。
恽代英的一生是光辉战斗的一生。周恩来在他逝世十九周年时曾题词赞扬说："他的无产阶级意识，工作热情，坚强意志，朴素作风，牺牲精神，群众化的品质，感人的说服力，应永远成为中国革命青年的楷模。"
