1921年春，他与王尽美等人发起建立济南的共产党早期组织。7月，与王尽美一起出席在上海举行的中国共产党第一次全国代表大会。会后回济南建立中共山东支部，任支部委员。
1922年1月，赴莫斯科参加远东各国共产党及民族革命团体代表大会，会后留在苏联参观考察，受到列宁的接见。回国后，他以主要精力从事工人运动。当时，山东党组织把工人运动的重点放在济南、青岛、淄博等工矿区。在他的努力下，淄博矿区很快建立了工会组织，以后又建立了党的组织——中共洪山矿区党支部。
同年底，赴青岛，以教学、办报等职业为掩护，开展革命活动，发展党团员，建立党、团秘密组织，先后任中共直属青岛支部书记、中共青岛市委书记。在青岛工作期间，他经常身着短裤短褂，化装成工人，深入工厂车间、铁路车站和职工家庭，启发工人觉悟，建立工会组织，领导工人进行斗争，曾先后以四方机车厂和纱厂为中心，发动了三次大规模的工人罢工。
在邓恩铭等领导下，1925年2月8日，胶济铁路工会领导工人举行大罢工，威震千里胶济线，迫使铁路局答应了工人的部分要求。同时，四方机车厂工人也举行同盟大罢工，历时9天，取得了胜利。其后，成立了四方机车厂和胶济铁路总工会，共产党员被选为工会的主要负责人。
同年4月，他与王尽美等人组织领导了青岛日商纱厂工人同盟大罢工，罢工工人达到1．8万人，形成了青岛历史上震惊中外的第一次罢工高潮。他在青岛的活动，引起了反动当局极大惊恐。5月4日，青岛反动政府当局拘捕了邓恩铭，并于5月11日将他赶出青岛。但他仍继续领导青岛的工人运动。
1925年8月，他被任命为中共山东地方执行委员会书记。11月，地执委在济南东关筹备纪念十月革命活动时，被反动当局侦知，邓恩铭被捕入狱。在狱中，由于遭受敌人的残酷折磨，邓恩铭的结核病很快恶化。经党组织多方设法营救，得以保外就医。
1926年6月，邓恩铭再次秘密回到青岛，主持市委工作。这时，青岛的党组织遭到很大破坏，急待恢复和整顿。他不顾疾病痛苦，在极为困难的情况下，迅速恢复了青岛的党组织。
1927年4月，他出席在武汉举行的党的五大。会后，应邀到中央农民的运动讲习所讲课，介绍山东地区工农运动情况。回到山东后，任中共山东省执行委员会书记。大革命失败后，辗转山东各地，领导党组织坚持斗争。党的八七会议后，任中共山东省委委员。
1928年春，中共青岛市委进行改组，邓恩铭任书记。同年12月，由于叛徒告密，在济南被捕。在狱中，他领导难友们同敌人进行斗争，并两次组织越狱，使部分同志冲出监狱脱险。邓恩铭因受刑过重，行动困难，未能越狱脱险。1931年4月5日凌晨，被国民党军警枪杀于济南纬八路刑场，牺牲时年仅30岁。
典型事迹
1919年5月4日，五四运动爆发后，在“五四”爱国运动的影响下，他积极参加反帝反封建的斗争，并在斗争中接受了马克思主义。他积极参加北京学生爱国运动，被选为学生自治会领导人兼出版部部长，主编校报，组织学生参加罢课运动。在共同的斗争中，他同省立第一师范学生王尽美结成了亲密战友。他与王尽美组织学生抵制日货，反对卖国条约，积极参加宣传、演讲、罢课、游行等活动，成为学生界有影响的人物之一。
1920年加入共产主义小组，11月21日他与王尽美等组织励新学会，邓恩铭被选为学会领导成员之一。学会出版以介绍新文化、新思想为宗旨的《励新》半月刊，他在《励新》半月刊上发表文章，介绍俄国十月革命，揭露社会黑暗，抨击旧礼教、旧教育等社会现状。1920年底，他同王尽美发起组织了“马克思主义研究会”，经常在一起阅读马克思、恩格斯的著作和介绍苏维埃俄国的书刊。
1922年1月，邓恩铭赴莫斯科参加了共产国际召开的远东各国共产党和民族革命团体第一次代表大会，受到列宁的亲切接见。邓恩铭在苏俄参观时，从面包分配标准中看到共产党员应该作出的表率作用，终生以此要求自己；他自身勤俭，并同侵吞党的经费的腐败分子进行斗争。他在那里留下的终生最难忘的印象，是实行的每日面包分配标准——红军士兵2磅，工人1.5磅，机关人员1磅，共产党员3/4磅。就此，他明确了一个共产党员应该做出的表率作用，后来始终以此来要求自己。
1922年6月，他从苏联回到山东后，一方面大力宣传社会主义的优越性，一方面仍然致力于党组织的发展和山东工人运动的发动。他的叔父发现他参加革命活动，既惊又怕，极力阻挠，要他安分守己，求取功名。他父母在家乡给他定了亲，来信催逼他回家结婚，想以此来拖住他。邓恩铭在给父母的信中说：“……儿主张既定，决不更改。”表达了他在革命道路上义无反顾的崇高精神。
中共“二大”以后，遵照党中央会议精神和党组织的决定，山东党的工作重点是加强工人运动。邓恩铭在淄博煤矿区住了下来，亲自调查了解矿工的劳动生活状况，向工人介绍世界各国及中国各地工人运动形势，教育工人认识本阶级的力量，组织起来同资本家作斗争。在他的领导下，矿区工人