1953 başlarında Batista diktatörlüğünü yıkmak amacıyla küçük bir grup oluşturan Castro, 26 Temmuz'da Santiago'daki Moncada Kışlası'na 165 arkadaşıyla birlikte bir baskın düzenledi; ama başarısızlığa uğrayarak tutuklandı. 16 Ekim 1953'te Santiago'daki Küba Yüksek Mahkemesi'nde yapılan yargılamada 'Sayın yargıç siz beni mahkûm edin! Tarih beni haklı çıkaracaktır!' (La Historia Me Absolvera) cümlesiyle biten ünlü savunmasını yaptı. Mahkeme sonunda 16 yıla mahkûm oldu. Juventud Adasında 21 ay hapis yattıktan sonra Batista'nın emriyle cezasının geriye kalan bölümü bağışlandı.

 1955'te Küba'dan ayrılarak Amerika'ya geçti ve 26 Temmuz Hareketi adlı yeni bir örgüt kurdu. İspanya İç Savaşı'na katılmış olan Kübalı Alberto Bayo'nun yönetiminde gerilla savaşı eğitimi gören örgüt üyeleri 2 Aralık 1956'da Granma yatıyla Küba'ya dönerek Oriente'de karaya çıktı. Burada hükûmet kuvvetleriyle girişilen çatışmalarda arkadaşlarının çoğunu yitiren Castro, aralarında kardeşi Raul Castro ve Ernesto Che Guevara'nın da bulunduğu 12 arkadaşıyla birlikte Oriente'nin güneybatısındaki Maestra Dağlarına çekildi. Bu dağlarda iki yıl boyunca Batista'nın kuvvetlerine karşı bir gerilla savaşı yürüttü. Giderek siyasi desteğini yitiren ve bir dizi askerî yenilgiye uğrayan Batista, 31 Aralık 1958'de Dominik Cumhuriyeti'ne kaçtı. Castro 1959'un ilk günlerinde Havana'ya girdi. Hukukçu Doktor Manuel Urrutia Leo devlet başkanlığına, Castro da başbakanlığa getirildi.