Tinh thần yêu nước được phát huy sau khi ông quen biết BS. Phạm Ngọc Thạch, nhiều dịp giao thiệp với các nhóm trí thức tiến bộ ở Sài Gòn. Ông đã gia nhập Thanh niên Tiền phong, tổ chức quần chúng cách mạng, là đoàn thể mạnh nhất, lực lượng chính của một số tỉnh thành ở miền Nam Việt Nam đã tham gia Mặt trận Việt Minh, tham gia Cách mạng Tháng Tám.
Sau ngày Cách mạng thành công, DS. Hồ Thu đưa cả gia đình lên Sài Gòn. Rồi được tổ chức phân công ở lại Sài Gòn, tham gia hoạt động bí mật trong nội thành. Ông có uy tín, lại có tài vận động, thuyết phục, đã mời được DS. Phạm Hữu Hạnh - một nhân sĩ trí thức tiến bộ, chủ tiệm Thu*c Tây lớn nhất ở đường Tổng đốc Phương thuộc Chợ Lớn đảm nhiệm Chủ tịch Mặt trận Liên Việt thành phố (1946-1949). Nhờ đó, thanh thế của Mặt trận tăng nhanh, thu hút được đông đảo các tầng lớp nhân dân, nhất là tầng lớp trên, các công chức trung, cao cấp trong chính quyền của địch tham gia.
DS. Hồ Thu đã cùng các bạn bè tổ chức các đợt quyên góp tiền bạc, Thu*c men, dụng cụ y tế để bí mật chuyển lên chiến khu xây dựng ngành y tế trong kháng chiến ở Nam Bộ. Ông còn vận động các nhà sản xuất dược đẩy mạnh sản xuất Thu*c tân dược, vận động đông đảo nhân dân tham gia phong trào “Bảo vệ hàng nội hóa”. Năm 1949, DS. Hồ Thu đã tham gia vận động nhiều trí thức của thành phố cùng ký vào bản kiến nghị đòi chính quyền Sài Gòn thương lượng với Chính phủ Hồ Chí Minh, để chấm dứt chiến tranh, lập lại hòa bình. Kiến nghị này đã gây tiếng vang rất lớn ở trong nước cũng như trên thế giới, tăng thêm uy tín và vị thế cho chính phủ kháng chiến.
Năm 1950, DS. Hồ Thu cùng các dược sĩ có tên tuổi như: Trần Kim Quan, Nguyễn Chí Nhiều và nhiều người khác đã trở thành những trí thức cốt cán trong phong trào đấu tranh bán công khai với ngụy quyền rất sôi nổi. Như ngày 9/1/1950 họ đã cùng hơn 2.000 học sinh, sinh viên, giáo viên và 7.000 nhân dân Sài Gòn - Chợ Lớn biểu tình đòi bảo đảm an ninh cho học sinh, sinh viên trong học tập và trả tự do cho những học sinh, sinh viên bị bắt. Bọn địch đã đàn áp cuộc biểu tình, đã sát hại học sinh 19 tuổi Trần Văn Ơn. Sau đó ngày 12/1/1950, tại Sài Gòn, đám tang anh Trần Văn Ơn đã biến thành cuộc biểu tình thị uy của trên 5 vạn người. Dẫn đầu cuộc biểu tình đưa tang anh Trần Văn Ơn là luật sư Nguyễn Hữu Thọ, luật sư Trịnh Đình Thảo và nhiều trí thức Sài Gòn.
Trước tình hình đế quốc Mỹ ngày càng can thiệp sâu vào cuộc chiến tranh Việt Nam, Ngụy quyền thắt chặt an ninh, tổ chức vây ráp tìm bắt những người yêu nước, tổ chức đã đón DS. Hồ Thu ra chiến khu miền Đông và giao cho ông làm Trưởng ban Quân dược Quân khu 7. Dưới sự chỉ đạo của BS. Nguyễn Văn Hưởng - Giám đốc Sở Y tế quân dân y Nam Bộ, ông là một trong những thầy Thu*c đầu tiên ở miền Nam chú ý việc kết hợp Đông Tây y, tích cực nghiên cứu các loại cây cỏ làm Thu*c, tích cực tìm các dược liệu có sẵn ở các địa phương để chữa bệnh cho chiến sĩ, cán bộ và đồng bào. Trong điều kiện vô cùng khó khăn, gian khổ và thiếu thốn mọi thứ, ông đã ngày đêm tìm tòi, nghiên cứu, thử nghiệm cùng các cộng sự sản xuất thành công các loại Thu*c chống sốt rét, chống viêm gan, viêm đường ruột,...
Trong cuộc đấu tranh đòi thi hành Hiệp định Giơ-ne-vơ, theo chủ trương của Đảng, ngành y tế phải tìm mọi cách bám dân, cử cán bộ ở lại để tạo cơ sở hoạt động lâu dài. Số cán bộ được đào tạo dưới thời Pháp thuộc được chọn làm nòng cốt. DS. Hồ Thu được bố trí ở lại và trở về bám trụ tại Sài Gòn, tạo thế công khai hợp pháp bằng cách mở tiệm Thu*c Tây ở Chợ Lớn. Ông được giao tham gia công tác trí vận, quan hệ với giới trí thức vận động thông qua các phong trào, các cuộc vận động, đặc biệt là phong trào đòi hòa bình, đòi thi hành Hiệp định Giơ-ne-vơ, đòi Tổng tuyển cử thống nhất đất nước.
Năm 1956, địch bắt đầu đánh phá mạnh các cơ sở nội thành, bao vây ráo riết tìm bắt cán bộ của ta. Chúng dùng những thủ đoạn tàn khốc, những vụ thảm sát kinh hoàng để kìm hãm ý chí dân tộc, uy hiếp các chiến sĩ và đồng bào yêu nước. Địch bắt giam vợ con và anh ruột của DS. Hồ Thu nhằm Kh*ng b* tinh thần, nhưng người trí thức cách mạng quyết không lùi bước. Ông sống lưu động trong các gia đình cơ sở cách mạng để tiếp tục thực hiện những nhiệm vụ được giao. Gia đình kiến trúc sư Nguyễn Hữu Thiện và nhiều vị trí thức đã che giấu DS. Hồ Thu những ngày tháng kẻ thù lùng sục tìm bắt ông gắt gao nhất. Ông được tổ chức đón ra chiến khu tham dự Đại hội thành lập Mặt trận Dân tộc Giải phóng miền Nam Việt Nam. Mặt trận được chính thức thành lập ngày 20/12/1960. Đại hội lần thứ nhất Mặt trận khai mạc ngày 16/2/1962 tại Tân Biên (Tây Ninh) chính thức bầu luật sư Nguyễn Hữu Thọ làm Chủ tịch. Ngày 1/11/1964, Mặt trận dân tộc giải phóng miền Nam Việt Nam đã họp Đại hội lần thứ 2. Có 150 đại biểu đại diện cho nhiều đoàn thể tham dự. Đoàn Chủ tịch Mặt trận được bầu gồm có: Chủ tịch: luật sư Nguyễn Hữu Thọ; kiến trúc sư Huỳnh Tấn Phát là Tổng thư ký, DS. Hồ Thu cùng 3 vị khác được cử làm Phó Tổng thư ký của Ủy ban Trung ương Mặt trận Dân tộc Giải phóng miền Nam Việt Nam.
Với cương vị mới, trách nhiệm mới, DS. Hồ Thu vừa tiếp tục các công tác của mặt trận, vừa đi sâu vào chuyên môn nghiên cứu Nam dược. Ông mở lớp đào tạo dược sĩ, dược tá, trang bị cho họ những kiến thức Đông Tây y kết hợp, biên soạn và phát hành cuốn “Sổ tay bỏ túi” để các cơ sở y tế có thể tận dụng tối đa các cây Thu*c sẵn có tại địa phương chữa trị cho thương, bệnh binh và nhân dân.
Năm 1974, dược sĩ được cử tham gia Đoàn y tế do BS. Dương Quỳnh Hoa - Bộ trưởng Bộ Y tế Xã hội và Thương binh của Chính phủ Cách mạng lâm thời Cộng hòa miền Nam Việt Nam làm Trưởng đoàn đi thăm một số nước nhằm tranh thủ sự đồng tình, ủng hộ của nhân dân thế giới đối với cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước của nhân dân ta.
Theo đoàn ra đến Hà Nội, gặp mùa đông giá lạnh, DS. Hồ Thu bất ngờ bị tai biến mạch máu não, không đi được cùng đoàn, ông phải ở lại Hà Nội để chữa trị. Được các giáo sư đầu ngành tim mạch, đồng thời là những người bạn cùng học thời Pháp thuộc tại Hà Nội tận tình cứu chữa, được Mặt trận Tổ quốc Việt Nam hết lòng chăm sóc, ông đã qua khỏi, song vẫn bị di chứng liệt nửa người.
Năm 1975, miền Nam được hoàn toàn giải phóng, đất nước thống nhất, DS. Hồ Thu được trở về Sài Gòn. Với nghị lực phi thường, ông vừa luyện tập, vừa tự điều trị nên bệnh tình tiến triển tốt. Ông đã nói với đồng chí Hoàng Quốc Việt - Chủ tịch Đoàn Chủ tịch UBTW Mặt trận Tổ quốc Việt Nam: “Trong điều kiện bệnh tật giày vò, tôi tiếp tục nghiên cứu Đông Tây y kết hợp không phải chỉ vì cuộc sống bản thân mình, mà vì sự sống của cả một dân tộc đang khát khao “Độc lập, Tự do, Hạnh phúc”.
DS. Hồ Thu mất ngày 25/5/1992, thọ 82 tuổi. Gần nửa thế kỷ hy sinh, cống hiến cho cách mạng giải phóng dân tộc và cho ngành y tế, ông là tấm gương sáng cho giới trí thức Việt Nam yêu nước.