数千人出席了切·格瓦拉雕像的落成仪式

1955年，格瓦拉同卡斯特罗在墨西哥城相遇，当时卡斯特罗兄弟正为重返古巴进行武装斗争并推翻巴蒂斯塔独裁政权而进行准备。格瓦拉迅速加入了卡斯特罗组织的名为“七二六运动”（以一次失败的革命：蒙卡达事件的日期命名）的军事组织。1956年11月25日，“七二六运动”的82名战士挤在“格拉玛号”（Granma）小游艇上，从墨西哥韦拉克鲁斯州（Veracruz）的图克斯潘（Tuxpan）出发，驶向古巴。

1956年12月2日，比计划推迟了两天，他们在古巴南部的奥连特省的一片沼泽地登陆，遭到巴蒂斯塔的军队的袭击，只有12人在这次袭击中幸存。格瓦拉，作为军队的医生，在一次战斗中，当面前一个是药箱，另一个是子弹箱时，他扛起了子弹箱。从这一刻开始，格瓦拉彻底从医生转变为了一名战士。剩余的游击队战士，在马埃斯特腊山中安顿下来，并使革命队伍逐渐壮大，得到了一些农民及工人的支持。在战斗中，格瓦拉的超人的勇气及毅力、出色的战斗技巧和对敌人的冷酷无情得到了越来越多人的，包括卡斯特罗的赏识。他很快成为了卡斯特罗最得力和信赖的助手。到1958年初游击队员约有280人，在经历了一系列战斗之后，到12月27日，革命军拥有了8000平方公里土地和50万人民。1959年1月2日，革命军成功占领古巴首都哈瓦那，巴蒂斯塔出逃。一些证据表明，在1957至1958年，CIA曾暗地里向“七二六运动”提供了大笔资金，这也是革命成功的原因之一。这段经历，被格瓦拉写入了自己1963年出版的《古巴革命战争的回忆》（西班牙语：Pasajes de la Guerra Revolucionaria）中。

战争结束后，古巴新政府成立，格瓦拉被授予“古巴公民”的身份。1959年5月22日，格瓦拉同自己的第一任秘鲁裔妻子伊尔达·加德亚（Hilda Gadea）离婚，他们唯一的女儿由格瓦拉抚养。6月，格瓦拉同参与了古巴革命且与自己志同道合的阿莱伊达·马奇（Aleida March）结婚，之后他们共育有4个子女。首先，格瓦拉被任命为卡瓦尼亚堡军事监狱的检察长，负责清除巴蒂斯塔时代的战犯（主要是政客和警察），一些资料认为格瓦拉处死了156人，但一般认为，人数可能高达600。1959年10月，并不懂经济学的格瓦拉被任命为国家银行总裁，开始对古巴经济体制进行社会主义改造，将企业收归国有，并实行了土地改革。1961年，格瓦拉又被任命为工业部长。

格瓦拉帮助卡斯特罗在古巴建立了社会主义制度，在古巴遭到美国经济封锁后，格瓦拉与苏联签定了贸易协定。在这段时间内，他也因为其对美国的强硬态度而逐渐闻名于西方。在古巴导弹危机中，他是1962年赴莫斯科谈判的古巴代表团的成员之一，并最终签署了苏联在古巴部署核武器的计划。格瓦拉认为，安置苏联的导弹将捍卫古巴独立，使古巴免于遭受美国的侵略。

切·格瓦拉

1964年12月，格瓦拉代表古巴出席联合国第19次大会，之后相继访问了阿尔及利亚、刚果(金)等8个非洲国家和中华人民共和国。当1965年3月14日回到古巴后，他与卡斯特罗在诸如对苏关系、援助第三世界革命等问题上的分歧日趋严重。不久他辞去了自己的职务，4月1日他乘飞机离开了古巴，前往刚果。在古巴担任高官期间，格瓦拉抵制官僚主义，生活节俭，并且拒绝给自己增加薪水。他从没上过夜总会，没有看过电影，也没去过海滩。一次在苏联一位官员家里做客时，当那位官员拿出极昂贵的瓷器餐具来招待格瓦拉时，格瓦拉对主人说：“真是讽刺，我这个土包子怎么配使用这么高级的餐具？”同时格瓦拉周末还积极参加义务劳动，比如在甘蔗地或工厂里劳动。

1965年4月23日，格瓦拉从坦桑尼亚穿越坦噶尼喀湖，前往刚果。一些资料指出，在之前他同卡斯特罗的一次秘密会谈中，格瓦拉说服了卡斯特罗支持这次行动。在最初他得到了当时刚果游击队领导人洛朗-德西雷·卡比拉（Laurent-Désiré Kabila）的协助，但不久格瓦拉拒绝了他的帮助，认为其是完全无意义的，并写到：“没有什么能让我相信他是一个现在的人”。格瓦拉向刚果起义军队传授游击战术，他的计划是利用刚果坦噶尼喀湖西岸的解放区作为基地，训练刚果及周边国家的革命武装。此时格瓦拉已经37岁，而且并没有受过正规军事训练的经验（他的哮喘使他免于在阿根廷服兵役），他的战斗经验大都来自古巴革命。

与刚果政府军一道的美国中情局人员，此时正全程监控格瓦拉部队的对外通信，以便于在格瓦拉的游击队来袭前能先发制人、截断其补给线。格瓦拉在此役所期许的是能够向当地的辛巴人灌输古巴共产革命思想及游击战术，将他们训练成一批骁勇善战的游击队。事后格瓦拉在他的《刚果日记》里回忆，当地人组织起来的乌合之众愚笨、漫无纪律、内部纷争不休是导致这次起义失败的主要原因。同年，在非洲丛林吃足了7个月的苦头之后，病弱的格瓦拉沮丧地与他剩存的古巴战友离开刚果（有6个伙伴没能活著离开）。格瓦拉一度考虑将受伤士兵送回古巴，自己留在刚果丛林里战到最后一刻，用生命为革命竖立典范。不过，在几次徘徊后，格瓦拉经不住同志们的苦苦哀求，同他们一起离开了刚果。

离开刚果的格瓦拉并没有因此回到他熟悉古巴。在卡斯特罗公布的格瓦拉道别信里，格瓦拉宣称他将切断与古巴的一切联系，投身于世界其他角落的革命运动。为此，格瓦拉深觉在道义上他不应回古巴。接下来的六个月里，格瓦拉极其低调的游走于坦桑尼亚首都达累斯萨拉姆、布拉格以及东德。这段时期，格瓦拉除了记载他在刚果的经过外，还开始起草两本书，准备对经济学及哲学加以论述。在卡斯特罗获悉格瓦拉的下落后，极力要求他的老同志回到古巴。格瓦拉则明确的声明，除非是为了在拉丁美洲国家进行革命活动，因地利之便，他会在绝对机密 的情况下回到古巴进行筹备工作外，他将不再踏上这片土地。