1924年，18岁的陈寿昌光荣加入了中国共产党，在李立三和刘少奇等指导下，陈寿昌发动周围的工人组织起工会，努力配合国民革命军的北伐战争。1927年1月，陈寿昌还参与组织收回英租界的斗争。
1927年“四.一二” 政变后，中共党组织和工会组织遭到严重破坏。7月15日，汪精卫叛变革命，宁汉合流，大批共产党人被屠杀，白色恐怖笼罩了整个武汉三镇。陈寿昌曾一度与组织失去联系，但坚定的信念支撑着他，激励着他继续寻找光明。他主动辞去了电报局那份待遇优厚的铁饭碗，到处打听党组织的下落。1927年冬，陈寿昌摆脱了敌人的追捕，从武汉辗转来到了上海，先后担任中共中央机关秘书、中共上海市政总工会党团书记、中共江苏省委委员、中共上海沪西区委书记。
1928年初，陈寿昌奉调到中共中央特科从事情报工作，先在被称为中共心脏中的心脏特二科(情报科)工作。在科长陈赓的领导下，陈寿昌与战友们一起，利用各种关系打入国民党军队、警察、宪兵的情报机关，搜集到了大量的情报。
1929年，陈寿昌完成了周恩来交给的保护日本共产党总书记佐野学的任务之后，被党组织派到苏联学习。1930年12月17日，因中共特四科的秘密无线学校被敌人破获，导致张沈川等12人被捕，中共改派刚回国的陈寿昌前往主持特四科工作。
特四科为无线电通讯科，其主要职责是建立“红色电台”和破译敌人的密电码。由于有了无线电通讯，不但改变了中共靠人传递信息的落后局面，有效地保障了中央与各苏区沟通与联系，同时通过监听敌电台，及时掌握敌人动态机密，为革命的决策提供了依据。
电报工人出身的陈寿昌，不但熟悉无线电技术，更懂得无线电对党事业的重要性。在白色恐怖的环境中，这项工作面临着极大的潜在危险性，他以无线电老板身份作掩护，每隔半个月就要搬一次家，以确保无线电通讯机构的安全。
在长袖善舞的周恩来领导下，陈寿昌与陈赓两人作为特科的联络员，指导打入敌人心脏的钱壮飞、李克农、胡底等人开展工作，和国民党特务在隐秘战线上展开了一场没有硝烟的生死搏斗。以勇敢机警的工作精神和高度的革命责任心，陈寿昌在保卫党中央，及时了解敌人进攻革命根据地的部署，开展营救同志、惩办叛徒、打击敌特等方面，取得了显著的成绩。
1931年4月24日，中共六届中央委员、曾任中央特科初期领导工作的顾顺章被捕后叛变。由于他掌握着我党中央机关、江苏省委、中央领导人地址等大量的核心机密，所以对中共中央领导机关和中央领导同志的安全构成极大威胁，情况十分危急。庆幸我党及时截获了顾顺章叛变的消息，在周恩来、陈云、聂荣臻等中央领导的果断指挥下，陈寿昌和其他同志一起，日夜战斗，抢先采取有效措施，保卫了党中央机关和中央领导同志的安全。
1931年12月，陈寿昌遵照党中央的安排，与聂荣臻等同志一起离开上海，由交通站派向导护送，沿着秘密交通线，夜行晓宿，闯过一道又一道的敌人严密封锁线。经过一个多月的艰难行程，于1932年1月，他们终于顺利到达江西瑞金中央根据地。到达目的地后，陈寿昌被任命为中华苏维埃全国总工会苏区执行局主任和全总巡视员。他不顾长途跋涉的劳累，立即参与组建中华全国总工会中央苏区执行局。在主持全总苏区执行局工作期间，他制订了苏区工会组织和工作大纲，组织各行业工人成立工会，在瑞金主持召开了闽赣两省工人代表大会，建立了各级工会组织，组织了工人赤卫队，扩大了红军的后备力量。在发动工人群众开展打土豪、筹粮款的运动同时，他还采取一切措施，努力繁荣苏区的经济工作。
陈寿昌因工作成绩突出，仅隔一年再次受党中央委派，出任省委书记一职。尽管上有年迈老母，下有两岁幼女，妻子胡友娣又怀孕在身，但他还是以革命为重，毫不犹豫地前往赴任。在福建期间，蒋介石曾纠集重兵，发动第五次“围剿”，在疯狂围攻中央根据地的同时，又以数十倍于我的装备精良的兵力，向湘鄂赣根据地进犯。陈寿昌积极组织军民配合中央苏区开展反“围剿”斗争，并取得了成效。同年10月，受党中央派遣，率40余人的工作团越过敌人封锁线，于1934年1月到达湘鄂赣根据地，就任中共湘鄂赣省委书记兼省军区政治委员。到职后，主持召开了省委常委扩大会议，改组了湘鄂赣省委，及时制止了该地区的肃反扩大化错误，批判了“肃反中心论”和“肃反唯心论”，纠正了肃反中的“左”的错误，从而稳住了人心，团结了一切可以团结的广大干部群众，成功地在中央的指挥下，粉碎敌人第五次“围剿”，保卫和巩固了根据地，使蒋介石的如意算盘再次落空。
1934年2月，陈寿昌在敌人重兵压境下，指挥遭围困的省级机关干部、群众和红军伤病员，安全转移到幽居、祖庄一带。次月被迫率部转移。6月初，因红十六师师长高咏生在掩护机关突围中不幸牺牲，陈寿昌立即改组了红十六师的领导，由徐彦刚担任师长，自己兼任起红十六师政治委员，继续率部在敌人的围追堵截下分路突围，因寡不敌众遭受惨重损失。7月，省委与中央的联系中断，苏区陷入艰难的困境，但陈寿昌没有被困难所吓倒，保持高昂的斗争意志，积极领导军民开辟新苏区，扩大红军，恢复红十六师武装，在极其艰苦、险恶的斗争环境中，带领部队在湘鄂赣边界海拔1600多米的罗霄、幕阜山脉间开展有效的游击战争。在戎马倥偬的岁月里，他曾写下战斗的诗篇：“不到深山里，焉能伏虎威。余生艰险尽，后纪可沾晖。”
11月初，为配合中央红军主力的战略转移，牵制住敌人的兵力，陈寿昌受命于危难之际，不顾因营养不良而导致的双脚浮肿疾病，坚持上前线指挥部队，率红十六师向西南行动，与敌周旋。
11 月 21 日，当陈寿昌、徐彦刚等率红16 师第 46 团及特务营进抵崇阳、通城之间的老虎洞、老鸦尖一带时，遇敌第33 师两个团的袭击。双方战斗得十分激烈，红16 师虽打退敌人多次进攻，但自己伤亡亦很大。战斗中，陈寿昌亲自登上前沿阵地察看敌情，不幸右膝中弹，徐彦刚亦中弹负伤，在这种情况下，红16 师在减员至 700 余人后，被迫撤出战斗，由方步舟、谭凤鸣率领到崇阳金塘休整。负伤的陈寿昌从前线被秘密送至通城大门坳红军医院抢救，终因失血过多而牺牲。湘鄂赣边游击区失去了一位优秀的领导人，对该区的游击战争是一个重大的损失。后来，湘鄂赣省苏维埃政府为纪念他，决定在崇阳、通城之间划出两县各一部建立一个新的县，定名寿昌县。
陈寿昌烈士不畏艰险，为革命奋斗了一生，实现了他1933年底写下的豪迈誓言 ：“身许马列安等闲，报效工农岂知艰。壮志未酬身若死，亦留忠胆照人间。”
