人，李兆麟又联络了奉天的林子升和辽阳各地的山林队及东北义勇军第二十四路军近万人，于8月28日深夜攻打奉天，冲入南关和飞机场，敌伪公安队、城内伪军警和便衣队纷起内应，破坏了航空处、兵工厂、电台，烧毁飞机库并烧毁飞机7架。这一壮举，重创了日寇，轰动了全中国。
1932年11月，由于日寇加紧“围剿”义勇军，从上海等地调集重兵实行“铁壁合围”，加之义勇军内部良莠不齐，以及幸存的最后一支“燕子队”首领沈宝林叛变，李兆麟被迫离开辽阳去奉天特委。
李兆麟和其他同志在辽阳县小堡一带组织义勇军，积极从事抗日武装斗争的同时，还建立了许多抗日斗争组织。如先后建立了“反帝大同盟”、“农民大同盟”、“穷人会”、“少年先锋队”、“妇女会”等组织，开展“抗租抗息”、“分粮吃大户”、“高粱斗争”、“苞米斗争”、“罢锄”和破坏敌伪铁路、电讯设备等斗争。他还带领叔兄弟等亲属印制以抗日救国为内容的“打倒日本帝国主义”、“打倒官僚军阀、土豪劣绅”、“反对压迫，反对剥削”、“工人要罢工，农民要罢耕”、“工农群众团结起来，不当亡国奴”等传单标语，组织儿童借各村“庙会”之机到双龙寺、曹官寺、柳河子、三块石、十里河、铧子沟等地散发。影响波及周围八九十里地的村庄。李兆麟还非常关心儿童、妇女工作，亲自教唱抗日斗争歌曲。
1932年12月，李兆麟受奉天特委的指示，化名孙正宗，与孙乙泰（王子明）、侯新（侯维民、侯国栋）到本溪煤矿从事抗日活动。由于工作需要，在煤矿成立了“临时工作委员会”，李兆麟任支部书记。不久建立了团支部，发展了杨坚白（杨玉典）、陈向古、徐伦言入团。他们以挖煤、扛木头、推矿车等劳动为掩护，在工人群众中宣传抗日救国的思想。在三坑、五坑短短的几个月里，李兆麟亲自经历了旧中国矿工的悲惨生活，与矿工同甘共苦，开展对日斗争。遇上了工人弟兄头疼脑热，他牺牲自己下工后的时间去照顾，有时用自己的钱接济困难工人的生活，把工人紧紧团结在党的周围。由于李兆麟积极的工作，矿工“抗日救国会”的组织发展到300多人。
1933年2月，根据中共奉天特委的指示，矿“临时工作委员会”改名为中共本溪特支，李兆麟任支部书记。不久，他由于沉重的劳动，紧张的工作，以及恶劣的生活环境，肺病越发严重，被组织调回奉天养病，住在一位同志的家里。组织上还派人把他家迁往奉天皇姑屯，后搬到小南关。从此，这个新居和原住址辽阳小荣官屯，便成为我党秘密从事革命活动和转送骨干力量的重要联络纽带。同年3月初，党组织派他去奉天造兵所。中旬，经韩锦华（韩学仁）介绍来到奉天造兵所当工人。以庞志勇家为据点，李兆麟常给韩锦华、叶智民、白金凯、庞志勇、庞志猛、王兆利、王纪宽等人讲抗日救国的光明前途和苏联十月革命胜利的史实。还常到南关东北大学、东山咀子讲武堂等地活动。又通过张学良部下、警务处处长黄显声的关系到靖安军中从事抗日活动。5月初，任中共奉天特委军事委员会干事，又担任团奉天特委下属的青年士兵委员会负责人。李兆麟经常冒险深入肇新窑业、造兵所和靖安军积极从事党的地下活动，秘密散发抗日传单。
1933年6月22日，李兆麟通过有爱国心的崔军医，以“看病”为掩护来到了靖安军兵营，正在同伪军几个决心起义的官兵商议起义行动计划时，由于叛徒告密，中共奉天特委被破坏，李兆麟家也被查封，母亲和妹妹被捉走，幸亏邻居一位大娘慌忙跑来报信，李兆麟才免遭被捕。之后，李兆麟潜回辽阳二台子姑表弟乔保珍家筹集路费，从十里河上火车，路经奉天前去中共满洲省委所在地哈尔滨。
李兆麟到哈尔滨化名张玉华。两天后，在道外天泰客栈与中共满洲省委秘书长冯仲云同志接上了关系，被分配任中共满洲省委军委负责人。他曾先后到北满的海伦、巴彦等地巡视工作，宣传抗日救国政策，帮助当地建立抗日组织。
1933年秋，李兆麟到珠河巡视工作时见到了赵尚志同志，并在珠河县三股流正式成立珠河反日游击队，赵尚志任队长。不久李兆麟回哈尔滨任干训班负责人兼任教员，经常在省委交通员张宗伟家里和马家沟公园上课，把打败日寇、建立新中国的宏愿化作春风细雨，浇灌、滋润着训练班里的每一个学员。南满游击队的张瑞麟（张秉文）曾在李兆麟办的训练班学习过，由于李兆麟的耐心教育，他的政治思想觉悟提高很快。
1934年初，中共满洲省委遭到部分破坏，李耀奎书记不幸被捕。李兆麟遂到珠河赵尚志领导的游击队，化名张寿笺任副队长，6月改编为东北反日游击队哈东支队，赵尚志任司令，李兆麟任政治委员。支队下设3个总队，有450多人，分别由赵尚志、李兆麟、韩光率领活动在宾县、珠河县铁道南和铁道北一带，痛击日寇。1934年秋，赵尚志、李兆麟率哈东支队300多人，攻克五常堡，歼灭500多日伪军，缴获大批枪支弹药和军需物品。这一仗是哈东支队诞生以来取得的最