1924年邓恩铭负责青岛党的工作，积极策划四方机车厂和纱厂的工人运动，5月8日他给父亲写信提到：“不写信又三个月了，知双亲一定挂念，但儿又何尝不惦念双亲呢。儿一向很好，想双亲及祖母……均安康如常？”在另一封信中他嘱咐道：“母亲身体总要好好保养，多吃点有养料的东西……千万不可乱吃药，吃错了就坏事，务必注意。”投身革命无力顾及家庭时，他充满愧疚。
1924年5月8日，他在给父亲的信中说道：“儿生性与人不同，最憎恶的是名与利，故有负双亲之期望，但所志既如此，亦无可如何。”邓恩铭视名利如粪土，而“所志”正是无产阶级革命事业。
在邓恩铭等领导下，1925年2月，胶济铁路局上层发生内讧，邓恩铭与王尽美利用这一时机，发动胶济铁路和四方机车厂工人举行全厂大罢工，组织领导了青岛日商纱厂工人同盟大罢工，形成了青岛历史上第一次罢工高潮，历时3个多月，成为五卅运动的先导。
1925年2月四方机厂工人罢工胜利后的合影
1925年8月下旬，邓恩铭在潍县由山东各地党组织的代表选举为新的中共山东地方执行委员会委员，并任*；9月他接到弟弟来信，因家乡遭灾，米价飞涨，希望他寄钱回家，帮助度过灾荒。他在复信中写道：“我从济南回到青州，就知道家乡米贵。但是我没有分文汇回去，使老少少受点穷苦，实在是罪过！”而以他当时的职务，在争取中央增加经费的同时，自己也千方百计筹措资金。若有一点私心，是能够拿出一点钱来接济家里的。可他宁愿亏欠家里，也不愿影响革命，体现出了一名共产党人大公无私的高尚风范。
白色恐怖笼罩岛城，邓恩铭遭受当局通缉。1925年11月，山东地方委员会机关被敌人破坏，他被捕入狱，遭受残酷折磨。后因在狱中染上肺结核，经党组织多方营救，得以保外就医。1926年6月，他又再次秘密回到青岛，担任中共青岛市委*，主持市委工作。
1927年4月，邓恩铭赴武汉出席中共第五次全国代表大会，回山东后，任中共山东省执行委员会*。
大革命失败后，邓恩铭辗转山东各地，领导党组织开展斗争。1929年1月19日，邓恩铭从淄博矿区返回济南，由于王复元、王用章叛变，邓恩铭在济南再次被捕入狱。面对酷刑折磨，邓恩铭咬住牙关，在狱中还领导了两次绝食斗争，组织了两次越狱斗争，使7名同志先后脱险，而他自己因为身体病弱，未能逃脱，被投入死牢。
1931年3月，邓恩铭给家中写了最后一封信，信中写下诀别诗：“卅一年华转瞬间，壮志未酬奈何天，不惜惟我身先死，后继频频慰九泉”，表达了舍生取义、视死如归的家国情怀和对革命后继有人的坚定信心。4月5日清晨，邓恩铭等22名共产党员被国民党*害于济南纬八路刑场，邓恩铭身负镣铐，高唱《国际歌》从容就义，年仅30岁。
