1926年北伐时，张云逸已经是国民革命军的少将参谋长。这年10月，张云逸在武汉秘密加入中国共产党，时年34岁。

张光东说：“中苏论战的时候，我问父亲为什么要入党，他说了一句话我印象特别深刻，‘你太小，你不知道当时的社会多黑暗’。父亲说参加革命不是人逼的，他是自觉自愿地选择了中国共产党，放弃优厚的一切。‘改变中国’这个信仰支持了他一生！”张云逸也曾回忆说：“我入党时年龄已经很大，薪俸相当高，我是为了解放劳动人民才来入党的。”

1927年大革命失败后，时任国民革命军第四军第25师参谋长的张云逸，仍留在国民党军队中，开展秘密工作，积极支持和掩护25师政治部主任李硕勋和73团团长周士第率部参加南昌起义。

“中央征求父亲的意见，是到苏联留学还是留在国内搞兵运工作。虽然国内革命处于低潮，他还是毅然选择了留在国内。”

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红七军军长

1929年7月，张云逸被中央派往南宁。通过广东海军司令陈策的举荐，他利用在国民革命军中的声望，打入广西军阀俞作柏、李明瑞的部队中，被任命为军官教导总队总队长兼警备第四大队大队长。

1929年10月20日，张云逸和中共中央代表邓小平在前往百色的途中第一次碰面。12月11日，广州起义两周年纪念日，镶有斧头镰刀的红旗在百色城中升起。张云逸被任命为红七军军长，邓小平任政治委员。后来，红七军被迫离开了右江根据地，到达中央苏区，编入红三军团。

1934年10月，中央红军开始长征，张云逸任八军团参谋长。年底，红军向贵州进发，他率侦察队先行，保障主力占领黎平。中央政治局接受毛泽东的主张，放弃北上与红二、六军团会合的计划，决定西渡乌江北上。张云逸亲自勘察地形、选择渡口；渡江时，他率工兵部队架设江界河浮桥，保障红一军团主攻部队和中央军委直属纵队渡过乌江。