1920年，参加孙中山建立的粤军第一师，历任师参谋兼独立营营长、第三团团长，屡立战功，成为粤军第一师的中坚。师长邓铿被暗杀后，他团结全师继续忠诚拥护孙中山。1922年6月陈炯明在广州叛变，围攻总统府，孙中山脱险后到达上海，拥孙派将领公推邓演达为代表，秘密赴沪面谒孙中山请示。是年冬奉命联络第一师，配合滇桂军讨伐陈炯明，他自任先锋，重占广州，因忠于革命，英勇善战，被孙中山委以保卫大本营的重任。孙中山赞誉说：“干革命有两达(指邓演达、张民达)，革命有希望。”1924年国共实行第一次合作，邓演达竭诚拥护孙中山改组国民党，实行联俄、联共、扶助农工的三大政策，首先率所部第三团接受新的政治训练。

　　1924年，孙中山筹办黄埔军校，邓演达为七人筹委会之一。6月，黄埔军校成立，他任教练部副主任兼学生总队长。在军校中他注重团结发展革命力量，同共产党人真诚合作。后因受到蒋介石势力的排挤，邓演达决然辞职，经上海前往德国，攻读军事、经济、政治。在柏林结识了朱德等共产党人，经常与他们在一起学习，讨论马克思主义和中国革命。1925年孙中山逝世后，国民党右派抬头，邓演达感到党内形势严峻，为革命前途担忧，乃弃学回国。次年1月在广州出席国民党第二次全国代表大会，他与共产党人和国民党左派宋庆龄、何香凝等人对西山会议派进行了坚决反击，巩固了国共合作。会上他被选为候补中央执行委员。会后，邓演达就任黄埔军校教育长，因注重革命教育和政治训练，为人正派，而深受学生爱戴。1926年3月，蒋介石制造“中山舰事件”，邓演达挺身而出指责蒋背弃孙中山的政策，破坏团结，而遭蒋软禁，4月被调离黄埔军校。是年7月广东国民政府出师北伐，邓演达被任命为国民革命军总司令部政治部主任，主管北伐军的政治工作，还兼第四军的军事指挥工作，他对革命极为热情，经常出现在战斗第一线。在攻打武昌的战斗中，他任攻城总指挥，亲临城下，在枪林弹雨中镇定自若地指挥战斗。10月10日攻克武昌后，先后兼任湖北省政务委员会主任和武汉行营主任，主持湖北的军机政务。1927年2月邓演达和徐谦、吴玉章等人组成行动委员会，针对蒋介石搞军事独裁发动了恢复党权运动，在3月国民党二届三中全会召开期间达到了高潮，直接导致会议决定削弱蒋介石的权力。在该次全会上，邓演达深得与会者的信任，被选为中央委员会执行委员、中央政治委员会委员、中央军事委员会主席团成员、中央农民部长。他忠实执行孙中山的三大政策，积极支持农民运动，和毛泽东等人创办中华全国农民协会、中央农民运动讲习所。4月蒋介石发动四一二政变，邓演达严辞谴责其反动罪行，主张东征讨蒋，被蒋介石诬蔑为“煽动暴乱”，下令通缉。至6月30日鉴於形势逆转已无法挽回，邓演达给国民党中央委员会写了《告别中国国民党的同志们》一信，谴责蒋介石、汪精卫的反革命行径，随即辞职离开武汉，化装成检查电线的铁路工人取道西北到达苏联。11月1日邓演达和宋庆龄、陈友仁在莫斯科发表《对中国及世界民众宣言》，号召继承孙中山的新三民主义，继续进行国民革命。此后，他转赴德国潜心研究政治、经济，同时与在德、法等国和国内的国民党左派联系，酝酿成立新的革命政党。以后又赴欧亚各国考察研究中国革命的出路。

　　1929年，国内同志请邓演达回国主持反蒋运动。次年5月，邓回国抵达上海后，即在中华革命党的基础上筹建中国国民党临时行动委员会。他分析了中国社会的现状和大革命的经验教训，结合在国外考察所见闻的政治经济情况，提出了党的政治纲领和政策，主张反帝反蒋，建立以农工为重心的平民政权，8月在上海召开的第一次全国干部会议上，被推选为中央干部会总干事。建党后他在上海主持党务，发展组织，扩大宣传，主编党刊《革命行动》，亲自撰写了几十万字的重要文章，对蒋介石集团及帝国主义、封建主义进行揭露和抨击。为建立平民武装、军事倒蒋，联络争取各地军政人士，建立了“黄埔革命同学会”。在这期间，他坚决反蒋、反帝、反封建，但也不同意当时中国共产党的某些政策和做法。1931年8月，临时行动委员会准备发动武装起义，由邓演达担任总指挥。此时淞沪警备司令部四处侦察他的行踪，并悬赏缉捕他，同事们为他的安全担心，劝他离开上海避险。但他说：“指挥这么大的一件事，不在国内不行，我们不能只顾自己的安全，要人家牺牲，个人生死不足道，中国革命必须及早恢复。”8月17日在上海愚园路愚园坊20号为全国干部训练班讲课时，由于叛徒出卖而被捕。他在静安寺捕房写的录供单上写道：我的政治主张始终站在国民党左派的立场，希望造成真正人民的政府及独立的国家。旋即被押解到南京，对蒋介石的威胁利诱，邓演达始终正气凛然，坚贞不屈，于11月29日被秘密杀害在麒麟门外沙子岗，时年36岁。

　　中华人民共和国成立后，邓被人民政府追认为革命烈士，并于1957年11月将其遗骸迁葬于紫金山南麓中山陵东侧，重建陵墓，以为纪念。