同年秋，叶天底病情稍有好转，即到上虞第一小学任教。他利用教师这个有利条件，积极推行新国语运动，提倡白话文，在师生中传播革命思想。

1922年9月上虞春晖中学正式开学，叶天底应聘到该校教务处工作。在冬季农闲时节，利用工作之余，他和同事们在校外办起农人夜校，组织附近农民学习文化，启发他们的思想觉悟。叶天底撰写了《白马湖上伴农民读书半年》一文，记述了这一段经历。

这期间，叶天底还坚持研究文学艺术，经常作画或写文章，寄到上海《民国日报》副刊“觉悟”上发表，并把自己的作品辑成《处女》一书。他运用文学作品的形式，通过典型塑造，揭露帝国主义、封建军阀的罪行，唤醒民众，投身反帝反封建运动。1921年五一节他创作了一幅版画《世风》，晓风（即陈望道）为之题词：劳工们组织起来!团结起来!去维护社会正义，去救护受饥饿的人们!《世风》表现出鲜明的时代特色。

1923年秋，叶天底到上海东方艺术研究会学习，他刻苦学习和研究“绘画学问”，绘画水平提高很快，艺术视野大大开阔。后来，他担任了该会《艺术评论》编辑，撰写了不少艺术评论，如《中国画再没有发展的余地》，《画室里十分钟间的冥想》等等，从艺术的角度对一些问题进行了认真的思考。与此同时，他还常去上海大学听课，接受马克思主义的教育，并与陈独秀、瞿秋白、罗亦农、恽代英等著名的共产党人频繁交往，深受他们思想的熏陶，他的共产主义思想觉悟日益提高。同年底，他参加了中国共产党。

1924年7月，叶天底去苏州乐益女中任教，授国文、图画两科，他以教师职业为掩护，积极参加活动。翌年9月，直属上海区委领导的中共苏州独立支部在乐益女中秘密建立，叶天底担任支部书记。在他的领导下，支部发挥了极强的战斗力，使乐益女中一度成了苏州人民革命斗争的中心和据点。

1926年春，叶天底患病从上海回到了家乡。临行时党组织交给他两项任务：一是养好病；二是在家乡发展党的组织，开展农运。

叶天底回到家乡后，遵照党的指示，积极开展了革命活动。他结交了县教育会的会长刘介安，并应该会聘请主编《教育月刊》。他做活了主编这篇大文章，以教育为题，发表了一系列评论文章，号召革命青年“勇敢地坚决地去指导农民团结起来，做反抗贪官污吏劣绅土豪工作”。同时，他利用手中的笔在当地报纸《上虞声》上发表了《团结》一文，深刻地揭露封建军阀、土豪劣绅的反动行径，号召劳动大众起来推翻黑暗的社会。他拖着病体奔走呼号，又竭尽所能举办了上虞县平民习艺所，收容流浪儿童，组织他们学习手艺，生产自救。通过这些活动，叶天底在上虞各界人民中赢得了崇高的声誉，并为上虞县的建党工作打下了良好的基础。

1926年7月16日，他主持召开中共上虞县直属支部的成立大会。这次会议通过了四项决议：建立国民党上虞县临时执委会；开展农运，组织农民赤卫军；改组县警队为工农纠察队；争取国民党左派，发展共产党员。从此，上虞的革命活动在党的领导下蓬勃地开展起来了。

在叶天底领导的中共上虞县直属支部的发动下，中共党的队伍不断扩大，同时国民党党员的发展工作也颇见成效。当年底，全县即建立了11个国民党区分部，发展党员100多人。他抓住时机，召开了全县党员大会，成立了国民党上虞县临时执行委员会。在会上，叶天底被选为执行委员并兼农工部部长。他组织农民协会，积极领导农民开展反封建打土豪和“二五”减租等革命斗争。叶天底的舅舅俞恒山是个恶贯满盈的土豪，当地老百姓都叫他“东门老虎”。在革命与亲情之间，他毅然选择了前者。在县城，他主持了斗争俞恒山的大会，为老百姓伸了冤，出了气，他大义灭亲的正义之举大大激发了农民兄弟投身于打土豪反恶霸斗争的热情，推动了上虞农运的发展。

四一二反革命政变后，上虞的局势急剧逆转，国民党右派势力乘机反扑。叶天底召开党支部紧急会议，决定埋藏武器，分散隐蔽。当时叶天底正患重病，农友们不避风险，连夜用轿子把他抬到一个叫十八折的山区隐蔽起来。国民党右派势力几次派兵搜捕他，都扑了空。

5月初，大捕杀的局势稍稍缓和，叶天底就秘密前往杭州。他通过统战关系，取得了国民党省党部新委任的上虞党务指导员郑师泉(国民党左派)的同情和支持，又和钱念先等4人回到上虞，秘密重建中共支部，并公开成立进步组织“石榴社”，还出版了一份《石榴报》。接着，他又秘密组织农会，取出埋藏的武器，成立小型的农民武装队伍，上虞的革命活动又逐步活跃起来了。

8月间，叶天底到绍兴参加了九县联席会议。会议号召各地积极开展“二五”减租，恢复农民武装，准备秋收暴动。叶天底回到上虞后，积极贯彻会议精神，训练农民自卫队，成立渔民友谊社，创办《星期周刊》。10月下旬，全县2700多农民集合在县城运动场，向县政府请愿，要求实行“二五”减租。经过坚决抗争，于当日下午，迫使县长方赞修签字，取得了斗争的胜利。

11月，中共浙江省委遵照八七会议精神，决定进行浙东大暴动，以上虞、象山港为暴动的中心区，叶天底负责组织和指挥工农武装占据上虞城，消灭反动武装。叶天底抱病与党支部几位同志研究了行动方案，决定分头发动农民，组织人员，调配武装力量，制定行动路线，待命行动。不料，行动尚未开始，省委机关却被敌人破坏，《浙东暴动计划》被搜去，叶天底等各地暴动领导人也成了敌人重点搜捕的对象。

11月中旬的一天，国民党浙江省党部派人到上虞逮捕了卧病在床的叶天底，把他用轿子抬到县政府。县长亲自审问他：“叶先生，只要你告诉我上虞共产党组织的情况，我可以替你求个情，让你留在家里治病。”叶天底冷冷地答道：“上虞入共产党的只有我一人，我替劳苦大众做工作!”县长见问不出什么来，第二天就把他押送省党部，关入浙江陆军监狱。

叶天底入狱后，病情日愈加重，但他仍不忘团结难友，与逞凶称霸的狱吏进行斗争。他常对难友们说：“一个人能为社会主义、共产主义工作，那是最幸福的。世上没有一件事业比这更高尚更伟大”，以此鼓励难友在监狱里坚持斗争。

敌人多次提审，叶天底守口如瓶。敌人见提审达不到目的，又企图从政治上“软化”他，要他自首，说：“只要你在自首书上签一个字，就可以释放。”他斩钉截铁地回答道：“要我签一个字，我宁可死。”敌人又降低要求说：“只要你讲一句——‘我以前走错路了’，就可以放你。”他理直气壮地回答：“我天底走的是光明正大的道路!没有错!”敌人不甘心失败，又找来叶天底在浙江省立第一师范学校学习时的一个同学对他进行劝降，结果被他怒斥一顿，羞愧而走。一计不成，敌人仍不甘心，又装作关心叶天底的病情，让他“监外就医”。表面上让他出狱到杭州亲戚家里养病，暗中却派特务严密监视。叶天底识破敌人的诡计，在“监外就医”期间，谢绝一切熟人前往探望。他对亲友说：“我天底相信共产党，加入共产党。现在因患病被敌人抓住，我遗憾的只是我替党做事太少了。我既然被抓，就不免一死，我早就预备好，天为棺材盖，地为棺材底，为共产主义而死是光荣的。我要郑重告诉各位，谁要在我面前说一声‘自首’，那就是对我的污辱!”敌人的阴谋又破产了，无计可施，不久又把他关进了监狱。

叶天底估计敌人会很快对自己下毒手，遂于1928年2月3日，给哥哥写了一封绝命书，其中写道：“我决无生路，不死于病，而死于敌人之手。大丈夫生而不力，死又何惜，先烈之血，主义之花。……我决不愿跪着生，情愿立着死!”2月8日拂晓，敌人用门板把病得不能动弹的叶天底抬到狱中刑场上。在生命的最后一刻，叶天底撑着几乎瘫痪了的病体，挺起胸膛，昂首高呼：“中国共产党万岁!”叶天底牺牲时年仅30岁。

叶天底不仅是中国共产党早期的政治活动家，而且是一位出色的革命文艺战士。中华人民共和国成立后，他的革命事迹陈列于浙江革命烈士纪念馆。“传播马列在沪苏，躬亲实践于家乡”这是对叶天底革命生涯最精辟的概括。