在學生愛國運動過後不久，一曼加入了中國共產黨。
宜賓城防司令不甘心這次的失敗，他命令教育局讓學校必須提前放假，並且要讓女生必須挽髻。教育局下達這項命令後，共青團立即展開了討論，一致認為這是對女校參加愛國運動的報複。她們決定反對這一不合理的規定。一曼和一些同學，不但沒有挽髻，反而把頭發剪短了。一曼還在報紙上發表文章，辛辣地嘲諷了教育局的命令。
但是，迫於教育局的壓力，這一年各校還是提前放暑假了。開學時，一曼剛進校門，就看到校方開除她們的通告。一曼和同學們四處奔走，但學校仍不改初衷,她們便都一齊退學了。這時，北伐軍節節勝利，改變了宜賓城的麵貌。在國共合作大氛圍的影響下，國民黨宜賓縣黨部在將軍祠成立。他們辦了一所中山中學，熱情歡迎因參加學生運動而被開除的同學入學，一曼積極響應，進入了中山中學。
1926年10月，黨組織決定保送趙一曼到武漢中央軍事政治學校去學習。就這樣，她踏上了新的征途。
1926年冬，武漢中央軍事政治學校從各地招來了200多個年輕的姑娘，成立了女生隊，趙一曼也在其中。在那裏，她學習了馬列主義基本知識，並接受著嚴格的軍事訓練。1927年蔣介石發動“四一二”大屠殺，革命形勢驟變。八一南昌起義後，一曼離開武漢軍事政治學校。9月，黨組織派她到蘇聯學習。在蘇聯學習期間，趙一曼與原黃埔軍校學生、東方大學學生陳達幫結婚。
1928年冬，由於國內工作的需要，組織上決定讓趙一曼回國。臨行前，她們夫婦一塊整理行裝，丈夫掏出懷表，摘下戒指，把這兩件東西放到一曼手裏，說：“帶著吧！將來也許會有用的。”趙一曼猶豫了一陣，為難地把丈夫所有的財產接過來。此時她已懷有身孕，但為了革命的需要，她還是離開莫斯科回國了。
回國之初，她被派到宜昌做秘密工作。當時，中國革命正處於低潮，一曼所處的環境十分惡劣，再加上懷孕帶來的病痛，她的生活十分艱難。但為了革命，她沒有半句怨言。正當她臨產時，黨的秘密機關被敵人破壞。一曼避開敵人的搜捕，走了幾條小巷，終於找到了一個好心的婦人，借了半間房子，生下了孩子。幾天之後，她抱著初生的嬰兒來到上海，找到了黨組織。
1929年冬，一曼在上海黨中央機關工作。後來，她又被派到江西省委機關工作。一天，她在家裏等來接頭的人。到了深夜，還不見人來，她預感事情可能有變，便做了應急準備。當聽到急促的敲門聲時，她馬上意識到出了問題。於是，她立刻燒掉文件，然後抱起孩子，披上一件破衣服，從房東的夥房翻窗而走，躲過敵人的視線，來到江邊，登上了一條滿載江西山貨的船。她們母子二人乘著這條船來到了上海。
一曼到了上海，再次去黨中央機關工作。不久，她遇到了丈夫的妹妹陳綜英，兩人商量把孩子送到漢口的陳嶽雲家裏。誰知她剛到漢口就被敵人的密探跟蹤了，她最終機智地甩掉了敵人。但為了保險起見，她把孩子送到，就立即返回了上海。
1931年，“九一八”事變後，趙一曼接到黨組織調她到東北工作的通知。
在東北，一曼到沈陽工廠裏做女工工作，動員她們參加革命。這樣的秘密活動持續了一年多的時間。
1933年，滿洲省總工會籌備處成立，一曼被調到哈爾濱，在省委領導下做省的工會組織工作，後任哈爾濱總工會代理書記。
當時，日寇把東北三省作為進一步滅亡中國的後方，在那裏進行了野蠻的血腥統治。為了在敵偽統治下更好地開展革命工作，一曼和省總工會書記老曹假稱夫妻，組織了“家庭”。她一麵做機關工作，一麵到煙廠、電車廠的工人中從事革命活動。
一天，老曹很晚才回來，進屋後低聲地說：“又得開夜車啦！”趙一曼聽後，馬上意識到今晚要連夜趕印傳單了。她趕緊把門閂上，搬出了油印機。老曹告訴她，日本警備司令部的一個營長，坐電車不付錢，售票員是個共青團員，平日就恨透了這些漢奸，就毫不客氣地衝著他要票，營長馬上把他拉到憲兵隊，給打了個血肉模糊。這件事激起了全體電車工人的義憤，決意要罷工。地下黨組織支持工人的行動，叫趙一曼連夜把傳單準備好。老曹說完後，又到工人宿舍開會去了。
天亮的時候，趙一曼把幾百份印好的傳單捆好，放進籃子裏，再在上麵蓋上幾件要洗的衣服，就到街上去了。她提著籃子不慌不忙地從哨兵跟前走過去，送到罷工委員會，接著又跟著工人上街宣傳。每個車站都站著許多焦急的乘客，大家都在打聽為什麼沒有電車，趙一曼搭話說：“你們沒有聽說嗎，電車工人罷工了！”
“為什麼？”許多人圍著她問。她便把昨天日本警備司令部營長打售票員的事情敘述了一遍，並利用這個機會向大家宣傳抗日。大家議論紛紛，等車的乘客隊伍越來越長，趙一曼等人趁機把傳單發放到他們的手裏，大家都爭著搶著來看。直到警車趕來，情緒高漲的人們才散開。
這次罷工在廣大工人階級的支持下取得了勝利。
後來，由於哈爾濱黨組織遭到破壞，一曼遵照黨的指示，組織一批工人到鄉下打遊擊。她被分配到珠河中心縣委擔任縣委委員，並以縣委特派員的身份在抗日遊擊區開展工作。她經常帶領抗聯的戰士們活動在鬆花江兩岸的大草原上及長白山密密的樹林裏。他們“神出鬼沒”，讓敵人防不勝防，並尋找機會給予敵人沉重的打擊。
一曼在擔任鐵道北區的區委書記期間，負責發動群眾、組織武裝、支援抗日軍隊的工作。在她的努力下，群眾抗日的工作首先有了起色。不久，珠河遊擊區的農民會、婦女會、兒童團相繼建立。她通過婦女會發動婦女為抗日戰士做軍鞋、洗衣服，教兒童唱歌，為群眾講革命故事。她很快地在道北區建立了農民遊擊連，準備隨時配合抗日聯軍同日軍作戰。
當時戰鬥條件很艱苦，沒有槍支彈藥，沒有衣服，沒有給養，而這些都要用鮮血和生命從敵人手中奪取。一曼是一個英勇善戰的指揮員。一次，東北人民革命軍第三軍第三團在侯林鄉活動，突然被敵人兩個團的兵力包圍。人民軍與敵人激戰了一天一夜，連續打敗了敵人數次進攻。但敵人的增援不斷，又配有迫擊炮、重機槍等重型武器，再堅持戰鬥的話，形勢必然會對人民軍不利。就在這危急時刻，敵人的背後突然響起了槍聲，原來是一曼帶領農民自衛連和群眾殺上來了。當三團和敵人的戰鬥打響時，是她派人探知敵人指揮部所在方位，然後命令整個隊伍向敵指揮部進攻。農民自衛連乘其不備，攻其要害，使得敵人很快就潰不成軍，倉皇而逃了。一曼領導的這次襲擊戰不僅為三團解了圍，還俘獲了一批敵人的傷員，繳獲了一批武器。
1935年，趙一曼帶領地方遊擊隊同人民革命軍第三軍第二團並肩作戰，並擔任二團的政治委員。當時，日本侵略者對遊擊隊的存在深感憂慮，雖然屢次“討伐”都告以失敗，但他們賊心不死。於是，在這一年的秋天，日軍又糾集了大批的軍隊向遊擊區進攻，並在叢林和山穀中布下天羅地網，全力搜尋趙一曼等人的蹤跡。