Yên Bái, ngày 25/12/1927, Nguyễn Thái Học và các đồng sự tổ chức thành lập Việt Nam Quốc dân Đảng, ông được bầu làm Chủ tịch. Sau vụ trùm mộ phu đồn điền Bazin ngày 9/2/1929 bị ám sát, Việt Nam Quốc dân Đảng bị nhà cầm quyền lùng sục, bắt bớ. Trước nguy cơ Việt Nam Quốc dân Đảng bị tan vỡ, Nguyễn Thái Học, Nguyễn Khắc Nhu và Phó Đức Chính đã quyết định tiến hành cuộc "tổng khởi nghĩa vũ trang". Đêm 9 rạng ngày 10/2/1930, Khởi nghĩa Yên Bái bùng nổ, nghĩa quân đã hạ sát được hầu hết bọn sĩ quan, hạ sĩ quan chỉ huy ở các nhà riêng, phối hợp với nghĩa quân hai cơ lính khố đỏ đồn 5 và 6 đồn Dưới nổi dậy.
Trước sân trại lính, một đại biểu của Việt Nam Quốc dân Đảng đọc bài "Hịch khởi nghĩa" với những khẩu hiệu: "Đuổi giặc Pháp về nước Pháp/ Đem nước Nam trả người Nam/ Cho trăm họ khỏi lầm than/ Được thêm phần hạnh phúc". Do không lôi kéo được toàn bộ lính khố xanh cơ số 7 và số 8 ở trên đồn cao, Trung tá Tacon củng cố lực lượng phản công lại. Nghĩa quân bị đánh bật khỏi các vị trí đã chiếm, cuộc khởi nghĩa bị dìm trong biển máu.
Phối hợp với Khởi nghĩa Yên Bái, đêm 10/2/1930, lãnh tụ Việt Nam Quốc dân Đảng Nguyễn Khắc Nhu đã lãnh đạo nghĩa quân khởi nghĩa đánh đồn Hưng Hóa, chiếm phủ Lâm Thao. Nghĩa quân đánh đồn Hưng Hóa, do không có nội ứng và vũ khí kém nên không đánh chiếm được đồn, nghĩa quân phải rút về Lâm Thao. Tại đây, quân nghĩa khởi do Phạm Nhận chỉ huy đã đánh chiếm được phủ Lâm Thao. Được sự chi viện của quân Pháp từ Phú Thọ, chúng tổ chức phản công dữ dội, do thiếu vũ khí lại thiếu người chỉ huy sau khi Nguyễn Khắc Nhu bị thương và bị bắt, nghĩa quân tan vỡ.
Sau khởi nghĩa Yên Bái 5 ngày, Nguyễn Thái Học tổ chức khởi nghĩa ở Vĩnh Bảo, Phụ Dực, chủ trương tiến tới chiếm toàn bộ Hải Phòng. Nghĩa quân đã đánh chiếm được huyện lỵ Vĩnh Bảo, giết chết tên tri huyện Hoàng Gia Mô, một tên quan lại tham tàn độc ác. Với sự phản công quyết liệt của quân Pháp với vũ khí hiện đại, quân khởi nghĩa bị tiêu diệt.
Bia tưởng niệm 17 nghĩa sĩ đã bị thực dân Pháp hành hình.
Nguyễn Thái Học trốn thoát do được sự che chở của nhân dân. Cùng một số đảng viên tiêu biểu còn lại của Việt Nam Quốc dân Đảng, Nguyễn Thái Học bàn bạc và dự định cải tổ lại Đảng và thay đổi phương hướng chiến lược và hoạt động của Đảng. Chủ trương này vừa khởi động thì ngày 20/2/1930, Nguyễn Thái Học bị bắt tại ấp Cổ Vịt (Chí Linh, Hải Dương).
Ngày 23/3/1930, ông bị kết án tử hình. Ngày 17/6/1930, Pháp đưa Nguyễn Thái Học cùng 12 chiến sĩ khác của Việt Nam Quốc dân Đảng tại Yên Bái lên máy chém. Bước lên đoạn đầu đài, trước khi đưa đầu vào máy chém, Nguyễn Thái Học hô vang: "Việt Nam vạn tuế!"
Những phương châm bất diệt và chân dung 2 thủ lĩnh của cuộc khởi nghĩa Yên Bái.
Pháp phải thừa nhận Khởi nghĩa Yên Bái đã giáng một đòn chí mạng vào chính quyền thuộc địa. Báo cáo của mật thám Đông Dương gửi Toàn quyền Đông Dương và Bộ Thuộc địa số 2037, phông RST/NF đã viết: "Việt Nam Quốc dân Đảng đã thành công trong việc tổ chức và đánh ngay vào quân đội mà đội quân ấy được thành lập dành cho mục đích thực hiện chức năng đàn áp và sự kiện lịch sử này đã giáng một đòn đặc biệt nghiêm trọng vào chính quyền thuộc địa...".
Nhà thơ cộng sản
Pháp Louis Aragon xúc động trước cuộc khởi nghĩa Yên Bái với những tấm gương
yêu nước và tinh thần bất khuất của người dân Việt Nam đã viết:
"Yên Bái,
Đây là điều nhắc nhở ta rằng,
mà người ta không thể khuất phục bằng lưỡi kiếm của đao phủ".
không thể bịt miệng một dân tộc
Xin gửi tới những người anh em da vàng lời nguyền này,
để mỗi giọt cuộc sống các bạn đều tràn máu của một tên Vare.