1923年初，经李大钊、刘天章介绍，李子洲加入中国共产党。同年夏，他从北大毕业回陕。1924年秋，李子洲任绥德陕西省立第四师范学校校长。同年冬，李子洲等人在四师成立了陕北第一个社会主义青年团支部，并帮助榆林中学和延安四中建立了党团组织，选派刘志丹等一批党团员进黄埔军校学习军事政治，发展百余名官兵加入了中共党团组织，为这支部队后来发动清涧起义打下了组织基础。

　　1927年7月，中央撤销陕甘区委，成立陕西省委，李子洲当选为省委常委兼组织部长。同年9月，兼任中共陕西省委军委书记，参与了省委对清涧起义、渭华起义的领导决策工作。

　　1928年11月，李子洲代理中共陕西省委书记。1929年2月，由于叛徒出卖，李子洲被捕入狱。面对敌人酷刑折磨，他坚贞不屈，与敌人进行针锋相对的斗争。由于李子洲入狱前已积劳成疾，加之敌人的残酷折磨，同年6月18日在狱中病逝，时年36岁。