1924年初，張琴秋考進上海大學社會學系，同年4月加入中國社會主義青年團，11月轉為中國共產黨黨員，那時候她已經是黨內較早的女黨員之一。1925年底，組織安排她和丈夫沈澤民一起去蘇聯(lián)莫斯科中山大學學習，1930年春季才回國。

回國后，她先在上海做地下工作，沒多久就調到鄂豫皖蘇區(qū)，擔任彭楊軍事政治學校教育長，后來又當上河口縣委書記，成為那里第一位女縣委書記。在蘇區(qū)，她組織婦女成立赤衛(wèi)隊和交通隊，負責運送物資和情報。

1932年，她被調到紅四方面軍，先是紅七十三師政治部主任，很快升任紅四方面軍總政治部主任。這可是紅軍時期女同志擔任過的最高軍事職務之一。她同時還是中共中央西北局委員，在紅四方面軍里頭算得上主要領導人。

那個時候，陳賡、許世友、洪學智、陳再道、王宏坤、王建安、王新亭、劉華清這些后來成為共和國將帥的干部，都在紅四方面軍里工作，從職務序列上看，他們當時都直接或間接接受她的領導和部署。

在川陜根據(jù)地，她推動婦女工作，婦委會會員最多時發(fā)展到三十多萬人，婦女們參加生產和支前，幫根據(jù)地鞏固出力不少。她還一度兼任總醫(yī)院政治部主任，組織后勤保障和俘虜教育工作。

1933年春天，她奉命帶領五百多名女紅軍戰(zhàn)士，護送三百多名傷員和一批物資，從通江一帶向北轉移。走到苦草壩附近的時候，隊伍遭遇軍閥田頌堯部劉漢雄獨立師一個團的襲擊。

她指揮戰(zhàn)士們搶占制高點，利用地形組織抵抗，同時安排四川籍戰(zhàn)士向敵軍喊話宣傳。敵軍士兵大多出身貧苦，聽到宣傳后出現(xiàn)動搖，敵團長派督戰(zhàn)隊鎮(zhèn)壓，結果反而引發(fā)士兵嘩變。最后這個團的武器被繳獲，部分士兵加入紅軍隊伍。

1935年2月，根據(jù)地婦女武裝整編為婦女獨立師，她繼續(xù)負責相關指揮和訓練任務。婦女獨立師全師兩千多人，單獨行動或配合主力，參加過多次戰(zhàn)斗，負責保衛(wèi)后方、運送物資、救護傷員等任務。

1936年7月，她和陳昌浩結婚，不久后懷孕。10月，紅四方面軍一部組成西路軍西渡黃河，她擔任西路軍政治部組織部長，負責干部調配和后勤協(xié)調工作。1937年3月，西路軍在祁連山地區(qū)戰(zhàn)斗失利，部隊分散突圍。她隨左支隊行動，后來在突圍過程中被俘。

同志們掩護她化名茍秀英，自稱四川籍伙夫，暫時躲過檢查。后來身份暴露，她被押到西寧羊毛廠做工，又轉送南京首都反省院。面對審訊，她始終堅持立場，沒有泄露任何機密。8月，經周恩來與國民黨方面交涉，她和其他被俘干部一起獲釋，回到延安。

回到延安后，她繼續(xù)在婦女工作和干部培訓崗位上忙碌，擔任過抗大女生大隊大隊長、中國女子大學教務處處長等職，還出席過國際民主婦聯(lián)會議，為解放區(qū)婦女工作出力。全國解放后，她轉到地方工作，擔任紡織工業(yè)部副部長兼黨組副書記，分管女工和生產技術。

1955年全軍授銜的時候，她已經轉業(yè)到地方工作，按照當時的規(guī)定，轉業(yè)地方的干部一般不再授銜，所以名單里沒有她的名字。她的老部下陳賡被授大將，許世友等人授上將，她自己卻成了沒有軍銜的紅軍將領。