nguyễn văn trỗi gia nhập tổ chức, trở thành một chiến sỹ biệt động Sài Gòn. Bước vào đời hoạt động cách mạng, với tinh thần trách nhiệm cao, nên Nguyễn Văn Trỗi luôn hoàn thành tốt các nhiệm vụ được giao. Đầu năm 1964, anh được cử đến căn cứ Rừng Thơm (Long An) học tập một số chiến thuật đánh giặc. Anh đã sớm nhắm một số mục tiêu như: Cư xá Mỹ ở trường Cao Thắng, tàu hải quân Mỹ đóng ở Bạch Đằng… Có lần anh đã ném lựu đạn làm chết và bị thương một số tên địch.
Khi biết tin phái đoàn quân sự cấp cao của Mỹ do Mắc Namara - Bộ trưởng Bộ Quốc phòng dẫn đầu, sẽ đến Sài Gòn thị sát chiến trường vào tháng 5/1964, lực lượng của ta đã vạch kế hoạch tiêu diệt Mắc Namara. Với tình yêu quê hương và lòng căm thù giặc sâu sắc, nên mặc dù mới cưới vợ được hơn 10 ngày, Nguyễn Văn Trỗi vẫn xung phong nhận nhiệm vụ, cùng đồng đội tiến hành cài mìn ở cầu Công Lý (nay là cầu Nguyễn Văn Trỗi, TP Hồ Chí Minh), nơi được dự đoán là Bộ trưởng Bộ Quốc phòng Mắc Namara cùng phái đoàn Mỹ từ sân bay Tân Sơn Nhất về trung tâm thành phố Sài Gòn, sẽ phải đi qua. Tuy nhiên, khi Nguyễn Văn Trỗi cùng đồng đội mới đặt được quả mìn nặng 8 kg ở cạnh cầu Công Lý, đang chuẩn bị nốt một số công việc còn lại, thì không may việc bị bại lộ và Nguyễn Văn Trỗi bị giặc bắt.
Để bảo đảm an toàn hoạt động và tính mạng cho đồng đội, Nguyễn Văn Trỗi kiên quyết không khai, nhận hoàn toàn trách nhiệm về mình. Sau một thời gian giam giữ, tra tấn, kẻ thù đã đưa Nguyễn Văn Trỗi ra xử tại tòa, rồi kết án tử hình. Những ngày cuối cùng của cuộc đời, trước giây phút bị quân thù xử tử, anh vẫn không ngừng đấu tranh với kẻ địch, luôn lạc quan, tin tưởng vào thắng lợi của cách mạng Việt Nam.