1930年，邹衍参加中国工农红军，加入中国共产主义青年团，1935年由团转入中国共产党。他参加了中央苏区第一至五次反围剿战争、二万五千里长征。长征期间，邹衍在总政治部任通信班长，经常往返于总部和毛泽东、周恩来、朱德等中央领导人之间，传递情报和重要信件。1935年10月，他随中共中央终于到达了陕北。

1936年，邹衍初进中央党校学习。结业后分配至西北保卫局任检查科科长，甘肃华池县保卫局长，陕甘宁省保卫局侦察科科长，定边（中心）县保卫局长。1938年，他再入延安中央党校学习，结业后任陕甘宁边区保安处政治处主任，边区政府保卫团政治委员兼延安南区分区卫戌司令。

解放战争时期，邹衍任晋察军区晋西支队副政治委员兼第二团政治委员，牡丹江军区政治部主任，东北野战军独立第八师政治委员。在此期间，邹衍率部参加上党战役与解放吉林、围困长春和辽沈等重大战役，为东北的解放作出了重要贡献。

东北解放后，独八师归属十纵队指挥，后改为一六师入关，参加平津战役。北平和平解放后，邹衍所部奉命留守北京，参与组建中央公安部队，任政治委员，负责保卫党中央、毛泽东的安全和北京地区的卫戌工作。他参与组织部队迎接党中央和毛泽东安全进驻北平，保卫了全国第一次政治协商会议的胜利召开，参加了开国大典和国庆周年纪念的保卫工作。

邹衍在东北工作期间，不仅参加和指挥了东北全境剿匪工作，还亲手批准处决小说《林海雪原》中土匪头子“座山雕”的原型。

在2012年4月2日由沈阳军区政治部编研室编辑出版的《我的回忆》一书中，邹衍曾这样写道：“座山雕被活捉之后关押在牡丹江军区看守所，保卫科同志审讯时我还去看了一次，这是个60来岁的老头子，尖鼻子、白山羊胡子、两腮凹陷，他山里情况熟，身板好，活捉他非常不容易。决定处决他，主要是考虑这个人恶贯满盈，不杀不足以平民愤，还担心关押时间长了，一旦逃走，就不好办了。后来军区特别军事法庭，在牡丹江市召开了群众大会公审了座山雕，对他执行死刑。事后发布了执行死刑布告，上面签署的是我的名字。在牡丹江时由我署名的死刑布告就这一份，所以印象深刻。”