卒業後、1950年から1952年の間に弁護士として貧困者のために活動。その後フィデルはオルトドクソ党（正統党）から1952年の議会選挙に立候補したが、将軍フルヘンシオ・バティスタ率いるクーデターによってカルロス・プリオ・ソカラスの政府が倒され、選挙の結果は無効となった。その後、フィデルは憲法裁判所にバティスタを告発した。請願は拒絶され、フィデルは裁判所を糾弾した。
武装闘争詳細は「7月26日運動」を参照
モンカダ襲撃7月26日運動（M-26-J）の旗フィデル（左端）とゲバラ（右端）

その後フィデルは武装勢力を組織し、1953年7月26日に、130名の仲間とともにモンカダ兵営（サンティアーゴ・デ・クーバ）に対する攻撃を行った。攻撃者の80人以上が死に、フィデルは逮捕された。裁判ではカトリック司教の仲裁で死刑は免れたが、懲役15年が宣告され、投獄される。獄中ではホセ・マルティなどを愛読、「歴史は私に無罪を宣告するだろう」を発刊する。1955年5月に恩赦によって釈放され、2カ月後にメキシコに亡命、後にアメリカに移住して活動を続けた。メキシコ亡命時代にはバティスタの意向を受けたメキシコ警察によって逮捕されたが、フィデルを見込んだメキシコ革命の大成者だった元大統領ラサロ・カルデナスの歎願によって釈放された[4]。
「グランマ号」

1956年12月2日、60フィートのプレジャーヨット、グランマ号でトゥスパン（ベラクルス州, メキシコ）から他の「7月26日運動」のメンバー、総勢82名とともに、マンサニヨ（グランマ州, キューバ）へ上陸。その時点ではフィデルはまだ共産主義者あるいは社会主義者ではなかった。キューバ革命後の1959年後半にフィデルはアメリカの新聞に「どんな産業も国有化する意図はなかった」と語った。フィデルが明確にソビエト連邦を中心とする東側諸国への接近を企図するのは、1961年4月のピッグス湾事件の後である。

しかし日中の上陸であったためにキューバ空軍により攻撃され、激しい戦闘で当初の82人のうちの18人だけが生き残りマエストラ山脈へ退き、そこからバティスタ政府とのゲリラ戦を再開した。生存者の中には革命後に閣僚となるチェ・ゲバラ、ラウル、またカミロ・シエンフェゴスが含まれていた。フィデルの運動は民衆の支援を獲得し、800人以上の勢力に成長した。
勝利

1958年5月24日、バティスタはフィデルの軍に対して17の大隊を送り出した。数字上では圧倒されていたにもかかわらず、フィデルの軍隊は政府軍兵士の多くの軍務放棄によって、一連の勝利を成し遂げた。1959年1月1日、フィデルの軍隊は首都ハバナ近郊に迫り、バティスタと次期大統領カルロス・リベロ・アグエロ（英語版）は国外に亡命した。フィデルの軍はハバナを支配下に置き、キューバ革命が成就した。
最高指導者として

革命後、首相に就任したフィデルは、キューバ共産党による一党制を敷いた。共産党の党首である第一書記の地位にあったフィデルは、国家の最高指導者として君臨した。1976年からは国家評議会議長として正式に国家元首の地位に就いた。しかし他の社会主義政権の最高指導者に見られるような、自身の巨大な肖像写真や銅像を一切作らせていない。これは前政権の独裁者バティスタと同一視されるのを忌避していたためと言われている。
経済政策

革命直後はアメリカとも友好的な関係を維持しようと努力したが、フィデルを「容共的」と忌避したアメリカとの関係を見限ってソビエトと接近し、同時にユナイテッド・フルーツ（現：チキータ）などの大企業の農園やハバナに立ち並ぶカジノホテル（その多くがアメリカの政治家と密接な関係を持つマフィアの持ち物であった）などのアメリカ企業の資産の接収と国営化を推し進めたために、アメリカはキューバとの断交と禁輸措置を発動し、それに対抗するようにソビエトはサトウキビと石油のバーター貿易（事実上の経済支援）などを通じてキューバ支援を行った。