五四运动后，济南成为宣传马克思主义的一方热土。邓恩铭与王尽美等一起研究、探讨并接受了马克思主义，成为山东最早的青年马克思主义者。1920年秋，邓恩铭等在济南成立马克思学说研究会，推动了马克思主义在山东的传播。11月，邓恩铭与王尽美等人组织成立励新学会，创办《励新》半月刊，为济南共产党早期组织的建立奠定了基础。

1921年春，在上海、北京共产党早期组织的影响和帮助下，王尽美、邓恩铭等人成立了济南共产党早期组织。1921年7月，年仅20岁的邓恩铭与王尽美一同出席了党的一大。董必武后来曾赋诗一首，回忆王尽美和邓恩铭：“四十年前会上逢，南湖舟泛语从容。济南名士知多少，君与恩铭不老松。”

“不能不算是难能可贵”。党正式成立后，邓恩铭积极投身于山东党组织的创建、领导开展山东工人运动。1922年8月，邓恩铭首次到淄博开展工作。在邓恩铭等人的不懈努力下，1924年7月建立中共淄博支部，成为山东建党较早的地区之一。

1923年，邓恩铭受济南党组织派遣，到青岛筹建党团组织，青岛成为他在建党后从事革命工作时间最长的地区。邓恩铭创建了青岛的第一个共产党组织和社会主义青年团组织。1925年2月，中共青岛支部成立，邓恩铭任书记。

邓恩铭经过调查分析，决定将工作重点放在青岛最大的工厂——四方机厂，因为这里的工人斗争性较强，并有固定组织圣诞会。邓恩铭介绍圣诞会会长郭恒祥加入了中国共产党，通过郭恒祥加紧对圣诞会的改造，使之从带有迷信色彩的行会变成现代工会性质的组织。1925年2月，邓恩铭领导了四方机厂工人大罢工并取得了胜利。在四方机厂工会的基础上，宣告成立了胶济铁路总工会。对此盛事，中国工人运动领导人邓中夏赞扬该会“在中国工人阶级大受打压后，居然能起来组织工会，会员发展到一千五百余人，不能不算是难能可贵”。