После того как в 1952 году генерал Батиста совершил переворот и установил в стране диктаторский режим, Ф. Кастро представил в Верховный суд обвинение диктатора в нарушении конституции. Однако суд не стал рассматривать петицию. Тогда он, его брат Рауль и еще несколько десятков молодых людей, обвинив лидеров Партии кубинского народа в нерешительности, решили перейти к вооруженной борьбе. Было принято решение захватить казармы Монкада в Сантьяго-де-Куба и в г. Баямо. К этому событию группа из 165 человек готовилась почти год. Главным лозунгом этих молодых людей стали слова: «Свобода или смерть». Штурм казарм, прошедший 26 июля 1953 года, не принес успеха. Их силы раз в 15 уступали силам правительственных войск. Расправа была жестокой. За каждого убитого солдата расстреливали по 10 пленных, некоторых живьем закопали в землю, остальных судили. Фидель Кастро получил 15 лет тюремного заключения, его брат Рауль – 13 лет. Однако через 2 года Батиста под давлением общественного мнения вынужден был амнистировать их.
После освобождения Фидель и другие участники штурма Монкады выехали в Мексику. Перед отъездом Фидель сказал: «Пришел час брать права, а не просить, вырывать их, а не вымаливать… Из таких поездок, как эта, или не возвращаются совсем, или возвращаются с обезглавленной тиранией у ног». Под руководством испанского полковника Альберто Байо, одного из лидеров партизанского движения в годы гражданской войны в Испании, руководящее ядро созданного Фиделем «Движения 26 июля» осваивало в мексиканских лесах основы воинской мудрости. Тогда же Кастро обнародовал лозунг о начале вооруженной борьбы против тирании Батисты: «…Мы будем свободными или принесем себя в жертву». 25 ноября 1956 года из мексиканского порта Тузпан к берегам Кубы отплыла яхта «Гранма», на которой находились 82 человека, в том числе Фидель Кастро, аргентинский врач Че Гевара и еще 4 иностранца: итальянец, мексиканец, гватемалец и доминиканец. Из вооружения у них были 2 противотанковых пулемета, 90 винтовок, 3 автомата, пистолеты. 2 декабря они высадились в болотистой местности около устья р. Белик, откуда направились к горам Сьерра-Маэстра. На уничтожение повстанцев Батиста бросил армию, авиацию, так что до гор добрались лишь 22 человека, среди них братья Фидель и Рауль Кастро, Че Гевара, К. Сьенфуэгос, Р. Вальдес, X. Альмейда – будущие руководители Кубы. Постепенно «Движение 26 июля» стало общенациональным. Гибкая тактика повстанцев не давала США повода для вмешательства. ЦРУ никак не могло понять, кто такой Фидель Кастро и что представляет собой его программа. Когда же американцы разобрались, было уже поздно: положение не могли спасти даже военный переворот и смещение Батисты. В начале января 1959 года в Гавану вошли повстанческие части.
До июля 1959 года в стране существовало двоевластие: с одной стороны, новое правительство Уррутиа, с другой – революционная армия во главе с Ф. Кастро. Но затем революционные силы полностью взяли власть. Президентом стал Освальдо Дортикос Торрадо, а премьер-министром – Ф. Кастро. Сразу же начались преобразования, было ликвидировано помещичье землевладение, конфискована земельная собственность иностранцев, католическую церковь объявили «пособницей контрреволюции», а католические, да и протестантские священники подверглись гонениям, началась национализация предприятий, а также собственности иностранных компаний, в первую очередь – американских. В результате в январе 1961 года президент США Д. Эйзенхауэр разорвал дипломатические отношения с Кубой, а ЦРУ стало готовить план вторжения. Уже 15 апреля американские самолеты бомбили Гавану и ряд других городов, а 17 апреля под прикрытием ВМС и ВВС США началась высадка наемников в бухтах Плайя-Ларга и Плайя-Хирон. В боях, продлившихся всего 72 часа, Ф. Кастро принял непосредственное участие. Наемники потерпели поражение.
С этого момента усилилось сближение Ф. Кастро с СССР. Именно тогда Кастро заявил: «Я был марксист-ленинист и останусь им до конца жизни». Сближение оказалось столь сильным, что лидер СССР Н. С. Хрущев уговорил его разместить на Кубе советские ракеты с ядерными боеголовками и 40-тысячный контингент Советской армии. В результате в 1962 году разразился Карибский кризис, чуть было не приведший к ядерной войне. СССР пришлось убрать с Кубы ракеты, а США установили вокруг острова военно-морскую блокаду. Теперь главным торговым и стратегическим партнером для Кастро стал СССР, и в 1965 году на Кубе была создана Компартия. Считая себя революционером, борющимся с империализмом в развивающемся мире, Кастро оказывал интенсивную финансовую и военную помощь партизанским движениям Центральной и Южной Америки; части кубинской армии отправлялись на помощь марксистским режимам в Анголу и Эфиопию.