1921年7月，年仅20岁的邓恩铭出席中国共产党第一次全国代表大会，成为中国共产党的创始人之一。此后，他在山东等地积极从事党的组织、宣传和工运工作。

　　1925年11月7日，邓恩铭因组织领导罢工被捕入狱。在狱中，他被重刑审讯，遍体鳞伤。此时，他已患上了严重的肺结核，但他始终咬紧牙关，一声不吭。所幸，当时他化名“黄伯云”，敌人不知道他的真实身份，在两名同乡的担保下，邓恩铭得以“保外就医”。

　　1929年1月7日，邓恩铭从淄博矿区赶到济南，与负责党的秘密联络工作的余修同志碰头，他说：“王复元叛变投敌，他知道你的身份和你目前的活动，你必须马上离开这里，不能迟于明天清晨。”余修希望邓恩铭和自己一同转移，但被邓恩铭回绝了。邓恩铭为保护和安置济南一大批革命力量，不幸于1月9日落入敌人手中。

　　起初，邓恩铭虽被多次残酷审讯，但并未暴露。他主动担负起领导狱中斗争的艰苦重任，组织成立狱中党支部，有组织、有计划地开展狱中斗争。7月21日晚，在邓恩铭的指挥下，难友们有计划地控制了两道大门，同敌人展开激烈搏斗，难友们伺机冲上大街，分路疏散。由于邓恩铭受刑过重，身体虚弱，行动困难，他被敌人捕回，打入死牢。

　　1930年10月，国民党山东省政府主席韩复榘任命张苇村为审判长，审讯共产党人。由于张苇村是国民党元老，对邓恩铭十分熟悉，很快认出了化名“黄伯云”的邓恩铭，在审讯室里直呼“邓恩铭”。邓恩铭冷笑一声，捋了一把杂乱的头发，昂首说道：“是，我就是中国共产党党员邓恩铭!”1931年4月5日，邓恩铭同其他21名共产党员被押往济南纬八路刑场执行枪决，年仅30岁的邓恩铭英勇就义。