20世纪20年代，定边也和全国其他地方一样，都时兴缠脚，给广大妇女带来了极大的痛苦。为了使妇女们肉体上和精神上的痛苦得到解除，学生们准备再搞一次活动。他们以定边高小为主，专门成立了“天足会”，由郭子范任会长，牛化东任副会长。由于受习惯势力的影响，“天足会”的工作阻力很大。为了尽快打开局面，他们商定，先从两个有名气的人身上“开刀”，一个是丁鸿藻县长的小老婆，一个是绅士白炳汉的小老婆。丁县长的小老婆是县城冯皮匠的女儿，还没娶过门，正准备成亲。郭子范、牛化东领上一群学生来到冯皮匠家里，动员他女儿放脚。但是冯皮匠倚仗县长的权势，没把学生们往眼里放：“你们不在学校好好上学，跑到这儿来干啥？多管闲事！”学生们跟他吵了一阵子，他越吵越厉害，指挥皮房工人和学生们打闹。由于他们人多势众，把学生们都赶跑了。第二天，全校师生一起出动，到冯皮匠家里，把县长小老婆的绣花鞋、裹脚布都撂了。到县长正式成亲的那天，学生们又跑去把酒席砸了。这一来激怒了县长，派人把牛化东和几个学生抓走了，关在公安局里。此后，学校的地下党员立即组织学生罢课，上街示威游行。加上佘鼎九出面调解，公安局副局长王聚英（后来牛化东才知道，此人也是地下党员）也给予了很多关照，丁县长见势不妙，便顺水推舟，答应把他们放了，并表示以后不再干涉“天足会”的事情。当时，杨虎城部驻防定边，有一个齐营长很坏，经常跟学生们作对。学生们在佘鼎九的支持下，跟齐营长作斗争。形势紧张的时候，佘鼎九给学生们发了十几支枪，齐营长也害怕把事情闹大，从此再也不干涉学生们的行动了。
由于清政府腐败无能，一些西方人对中国进行文化渗透，在定边的几个乡镇修建了几所教堂。后来他们又想把势力扩展到定边城里，学生们立即针锋相对地展开了斗争。洋人上街游说，他们也当场演讲，汤中甫老师还亲自登台，揭露洋人的欺骗宣传和罪恶的目的，把他们轰出了县城。以后，洋人在定边城里和周围始终没有修建起一所教堂。正当学生运动搞得轰轰烈烈的时候，丁县长又把几个学生抓走了。以牛化东为首的学生会带领学生坚持斗争，丁鸿藻只好把他们放了。
牛化东第一次被捕
1926年秋，冯玉祥派第二集团军政治部主任钱清泉（地下党员）到陕北招收学员，然后送往兰州第二军事政治学校学习。党组织决定派牛化东、吕振华、丁广明、贺元勋四人参加，为以后开展兵运工作打基础。这次招生，非党群众也参加了一些人。牛化东这次离乡又遭到了全家人的坚决反对，好在他本人丝毫没有动摇，最后还是跟随钱清泉走了。路过宁夏的时候，陶新亚、李临民、郭维化等人留下，组成了国民党党部，实际上也是我们党的地下组织。这是党在宁夏形成的最早的地下力量。一路上，钱清泉对他们照顾得非常周到，使他们深受感动。到兰州以后，学员都被送到兵团进行十分艰苦的新兵训练。他们四个人被分到四个连队，见面很不方便，党的组织活动受到了很大限制。
1927年春，他们正式转到第二军事政治学校进行常规学习和训练。副校长杨其祥比较进步，政治部主任王孝锡是共产党员。为取得合法身份，不久，他们由组织决定，集体加入国民党。这一时期，受国共合作大气候的影响，学校的革命空气比较浓。也正因为如此，党内产生了严重的麻痹思想，注意隐蔽不够。下半年，随着蒋介石背叛革命，国共合作彻底分裂，国民党大搞“清党”，杨其祥被撤职，钱清泉被逮捕，王孝锡被枪毙，还有几个同志也下落不明，校内党组织遭到严重破坏，上下联络中断，处于白色恐怖之中。尽管如此，牛化东与马尔逊、吕振华、丁广明等人仍保持联系，并确定以马尔逊为临时领导，继续斗争，秘密开展贴标语、散传单等活动。10月间，牛化东和马尔逊几个人被逮捕，一是因为他们是钱清泉带来的人，二是因为敌人发现在钱清泉的笔记本上有他们的名字，怀疑他们是共产党员。在牢中，敌人对他们严刑拷打，但几个人宁死不屈，坚决不承认，既没有暴露自己的身份，也没有泄露党的任何机密。马尔逊在墙洞中传递了一张纸条，上面写着：“不害怕，不乱说，保持气节，宁死不屈！”关在同一牢房中的吕振华也对牛化东说：“殿英，咱们一同来一同死，死了也是光荣的，将来总会有人给咱们报仇的！”两个人互相鼓励，增强了斗争的勇气。腊月的一天，敌军法处处长提审牛化东时说：“你只要写一张悔过书，承认错误，我就可以释放你；如果不写，不承认错误，生命将难以保证。”牛化东强硬地说：“我们满腹含冤，无过可悔！”“那钱清泉的笔记本上为什么会有你的名字？”牛化东说：“他是教员，我们是学生，他在笔记本上记学生的名字，我们有啥办法？”军法处处长又说：“钱清泉是地下党员，你知不知道？”牛化东说：“他是不是地下党员，我怎么会知道？他既然是地下党员，你们还让他当教员上课？”牛化东这样回话使对方无言以对，当然也触怒了敌人，对他们管制更严，拷打更多，饭也不让吃饱，但几个年轻的同志依然没有屈服。后来，有一位朝鲜籍的程某（任敌参谋处处长，牛化东原来听钱清泉同志说过，此人是共产党员，但他们与他没发生过关系）鼎力周旋，找到第二集团军第七方面军总指挥刘郁芳的小老婆出面说情，牛化东和吕振华于1928年2月上旬获得释放，仍被送到第二军事政治学校学习。“文革”期间，曾有人提出怀疑，问他们和这个女人是什么关系？这个女人又为什么要为他们说情？当时党内一般都是单线联系，那些复杂的内情牛化东他们怎么能说得清呢？
牛化东回校后，听说其他几个人也都释放了，但是无法联系，也找不到组织，感到自己像个孤儿，内心十分痛苦。后来，他被分到无线电传习所当管理员，经常上街买东西。有一天，他在街上碰见吕振华，商定仍回三边寻找党组织，谁得空谁先走。后来，牛化东利用上街买东西的机会，偷偷跑到黄河边雇了一个木筏子，顺水一下子就到了宁夏的吴忠，四五月间又回到了定边，在定边高小任体育课教员。但学校党组织不让他参加党的活动，开会也不给他通知，暗中审查考验他。在此期间，关于那一段的工作情况，牛化东曾向丁子齐、汤中甫、高岗、贺晋年等同志作过详细汇报。又过了四五个月，学校党的负责人牛卿才找他谈话，说明他在外边这一段表现不错，正式承认了他的组织关系。
地下搞兵运
1928年4月，陕北特委正式成立，并决定成立陕北红军游击队。同时准备有计划地选派一些共产党员打进国民党军队，争取兵变起义，夺取枪支弹药，壮大红军队伍。1929年冬，刘志丹来到定边，找到牛化东说：“你搞教育不合适，还是去搞军运工作吧！”牛化东干脆地说：“组织决定咋干就咋干！”刘志丹说：“石子俊、王子元正成立军队，番号是新编第七旅和第八旅，我已经把你和吕振华介绍给了王子元，你们就到他的部队去吧。你们的主要任务就是搞兵变起义！”牛化东说：“行！”刘志丹又说：“那好，我现在就领你们去见王子元。”说完，刘志丹就带牛化东和吕振华到了王子元那里，作了介绍。王子元很高兴地说：“好嘛，我们懂军事的人不多，你们是从冯玉祥那里来的，正需要你们这样的人，在我这里好好干，英雄大有用武之地！”随后，牛化东当了四连六排排长，吕振华当了二连六排排长。
1930年春，王子元部开往宁夏平罗一带。刘志丹、谢子长、高岗、张东皎先后在这一时期担任过党内具体领导工作。后来，王子元部被杨虎城改编为警备第三旅，牛化东被任命为第二团团长。在一次战斗中，牛化东负了重伤，可能王子元对牛化东他们的兵运意图有所察觉，就借他养伤的机会，将第二团撤掉了。
1932年5月，由于准备不足和缺乏经验，党领导的靖远兵变遭到了严重失败。牛化东由于养伤治疗，没有参加这次暴动，也与组织失去了联系。后来他与李罕言商量，叫李到兰州或西安去找组织。不久，刘作霖同志转来谢子长的指示，叫他们继续到王子元部去工作。这样牛化东就又来到了王子元部。
1934年春，由于有成见，王子元在海原又一次解除了牛化东等几个人的职务。他只好和吕振华、高昆山跑回靖边县，与王儒林、贺晋年、孙作宾等同志取得联系，拉起了二百多人的武装，在三边一带进行游击活动。由于势单力薄，加之指导游击战的经验不足，部队在敌人四面包抄之下，最后失败了。贺晋年等同志被宁夏马鸿逵部抓去，吕振华、孙作宾等同志被邓宝珊部抓去。后来在大家多方奔走营救下，贺晋年、孙作宾获释，吕振华、李培勤等同志终被敌人杀害。
不久，牛化东又与高昆山跑到石子俊的十一旅，与李友竹、冯世光、朱侠夫接上关系，在石部担任了连长，后又任旅部少校参谋。由于牛化东在当地有一定的影响，招致反动分子多方攻击，使石子俊也起了疑心，解除了他的职务。正好这时他的旧伤复发，便于1935年秋避居靖远疗养。这期间，他的生活遇到了很大困难，伤势久治不愈，也无法与组织联系，情绪一度非常低落，甚至曾产生自杀的念头。后来随着伤势的逐步好转，心情也渐趋稳定。
牛化东第二次被捕
1935年的冬天，曹秉奎同志从十一旅拉出七八个人，在西兰公路上袭击了伪甘肃省东路交通司令马锡武部的汽车，后来有两个参加袭击的战士被追捕，供出在“靖远牛家住过”。敌人便断定是牛化东指使，遂于这年冬末，将他在靖远逮捕，关押在兰州邓宝珊西北行营公署。此案敌人仅以匪情案件追究，未涉及政治问题，牛化东也始终没有暴露党员身份。加之后来曹又参向邓宝珊作证，说靖远牛家是他的岳父家，与牛化东无关。又经李友竹、王子庄、冯世光等同志多方营救，牛化东终于在1936年春获得了自由。此后牛化东在曹又参（当时还不是共产党员）的掩护下，先后在十一旅任少校副官和中校副团长。此时，原来对牛化东有疑心的旅长石子俊已因病去世，由刘宝堂继任旅长。
1937年卢沟桥事变后，十一旅被调往陕北三边一带。1938年春，又开赴榆林地区。当时，在十一旅内部，以我们地下党所掌握的进步力量与顽固反动势力之间的斗争越来越激烈。
1939年冬，反动政府任命东北军军官郭希鹏为绥东骑兵游击军军长，由王子元组建一个旅。他到十一旅要牛化东过去帮忙，刘宝堂此时正想让他离开，便落个顺水人情，立即设宴欢送，造成难以挽回的局面。当时党组织根据刘志丹等领导的意图，已有策动十一旅起义的打算，所以对牛化东去与不去专门作了研究，经讨论认为实在不易推却，同意暂时先去。王子元的部队在内蒙古伊克昭盟，牛化东报到后被任命为骑十五团团长。1940年秋，该旅被胡宗南调往甘肃静宁整训，部队一到驻地，旅长以下连长以上的军官全被胡宗南撤换。胡宗南当时想让牛化东去天水骑兵学校任职，牛化东根据党组织原来的设想，以有病为由拖延了一个时期，于1941年春，又跑回定边。不久，党组织决定他仍到十一旅去工作。
壮大地下党的力量
新编第十一旅的地下党组织，是1930年春在宁夏平罗扩建时建立的。谢子长同志曾在该旅任过一段时间的副旅长，对地下党组织的建立、巩固和发展奠定了良好的基础。十一旅下辖两个团，开驻榆林后，二团的地下党组织曾被该团副团长、叛徒张鼎臣出卖瓦解，元气大伤，以后再没有得到很好的恢复，剩下的个别党员只能起到通风报信的作用。一团的力量则比较强，负责人有牛化东、李友竹、冯世光、高宜之、高昆山等。当时营里设有党支部，连里设党小组，党内的活动主要以组织军事学习组、文化学习组、读书会等形式出现，因为这种形式便于团结士兵，官兵都比较欢迎，隐蔽性也比较好。
牛化东和冯世光等负责人曾详细总结了过去工作中的经验教训，认为要在十一旅取得工作成效，就必须研究敌人的矛盾，发现敌人的矛盾，激化敌人的矛盾，最后利用敌人的矛盾，以削弱敌人的力量，求得自己的生存、发展和成功。
十一旅在安边期间，旅长刘宝堂为了争夺地方权势，和地头蛇保安团头子张兰亭及其子张廷芝、张雨亭及其子张廷祥结下了很深的矛盾，甚至发展到势不两立的地步。与此同时，刘宝堂也觉得久居邓宝珊之下没有什么发展前途，便通过复兴社多方活动，想弃邓而投胡宗南，邓闻讯后对刘宝堂大为不满。当时刘宝堂和二团团长史钫城靠的是复兴社，一团长陈国宾则靠的是邓宝珊。
1938年初，旅长刘宝堂、政治部主任吴芬和二团团长史钫城、团副张鼎臣等复兴社分子，根据一团叛徒任怀义的告密，伙同国民党驻榆林的军统特务，向陕西行辕主任蒋鼎文告发一团中校团副牛化东、少校团副李友竹及二连连长高昆山、四连连长谢有德等九人系赤化分子。蒋鼎文立即密电邓宝珊迅速查处。邓接电后，通知一团团长陈国宾到榆林密商。陈从榆林返团后，闷闷不乐，心情十分沉重，想来想去，认为其中的李树林（即李友竹）系新十一旅的创建军官，曾因有共产党员嫌疑被人密告过三次，其中两次还下过他的枪，结果均不属实，如果李真是共产党员，他早就走了，能等到今天吗？陈国宾找李树林谈话后，李将情况告诉了牛化东，他认为事关重大，不能坐以待毙，必须考虑对策。同时二人分析，这次告的都是老党员，其中唯独没有八连连长任怀义，可以肯定是任怀义叛变了。
第二天，牛化东将情况向三位营长作了通报。三个人立即去找陈团长，表明自己的看法，认为刘宝堂、史钫城此举的真正目的是为了排除异己，吃掉一团。陈国宾听了几个人的分析，认为言之有理，非常生气，第二天就去找邓宝珊汇报，并说：“我用脑袋担保，一团没问题！”最后，邓宝珊说：“蒋鼎文要我把为首的牛化东解送西安，你回去叫他来见我！”
牛化东去还是不去？党内几个同志意见有分歧。有的认为应该去，不去就是心虚，等于承认你是地下党员；有的认为不能去，去了凶多吉少。牛化东说：“要以大局为重，我得去。去了，说明一团的军官是可以信任的，对顽固势力也是个回击；而且去了还可以说明情况，见机行事。”随后，牛化东明知山有虎偏向虎山行，毅然去了榆林。邓宝珊一见他就说：“牛化东，你胆子不小啊，还敢来见我！”牛化东说：“军长叫我来，我怎能不来！”最后，牛化东还是顺利地回到了一团，既使自己脱了身，又保护了同志们的安全。