九一八事变后，到北平参加由中共北平地下党员任骨干的抗日民众救国会，在平西一带进行抗日救亡活动，并与党的地下组织取得联系。1932年初，受党组织派遣，回家乡组织成立东北民众抗日义勇军，在辽阳一带开展反日武装斗争。同年5月加入中国共产主义青年团，同年转为中国共产党党员。1934年初，他前往珠河赵尚志领导的反日游击队，任副队长，并根据中共满洲省委的指示精神，协助赵尚志建立了反日联军总指挥部。

1939年5月30日，东北抗日联军第三路军成立，下辖4个支队。李兆麟任总指挥，率部在广袤的松嫩平原开展游击战，打击日伪军，先后攻克讷河、克山、肇源等县城，开辟了抗日游击区和后方基地。1946年3月9日，李兆麟在哈尔滨被国民党特务暗杀，时年36岁。据新华社电