Tháng 2.1968, chị được kết nạp vào Đoàn Thanh niên Nhân dân Cách mạng Việt Nam (nay là Đoàn Thanh niên Cộng sản Hồ Chí Minh). Hoạt động trong đội biệt động thị xã Cà Mau, bằng lòng dũng cảm, trí thông minh, chị đã lập nên nhiều chiến công oanh liệt. Ngày 25.4-1969, chị dùng mìn đánh kho hậu cần tiểu đoàn 3, thuộc trung đoàn 32 của quân ngụy, diệt và làm bị thương nhiều tên, phá hủy một kho đạn, đốt cháy 82 ngàn lít xăng. Ngày 10.7.1969, chị chỉ huy trận đánh vào phòng căn cước thuộc Ty cảnh sát Cà Mau, diệt tại chỗ 6 tên và làm bị thương 5 tên khác. Sau trận này, chị được tặng danh hiệu “Dũng sĩ quyết thắng ưu tú cấp 3”, giấy khen và bằng khen cho tổ do chị lãnh đạo. Cũng trong thời gian này, chị trực tiếp đánh hai trận vào bọn giang thuyền tại bến sông Cà Mau, làm chìm 5 tàu địch và được tặng thưởng Huân chương Chiến công hạng Nhất.
Ngày 6.1.1969, chị được kết nạp vào Đảng. Niềm vinh dự đó đã tiếp thêm sức mạnh cho chị trên bước đường họat động. Chị đã bí mật xây dựng được một đội biệt động nữ hoạt động ngay trong lòng địch.

Sáng 3.4.1970, với sự dũng cảm, mưu trí, chị đã nổ mìn tiêu diệt 18 tên, trong đó có 1 sĩ quan Mỹ, 9 tên bị thương, phá hủy 1 xe jeep, 2 xe quân sự GMC, đánh sập 1 lô cốt, đặc biệt là bẻ gãy hoàn toàn kế hoạch hành quân của địch tại nơi xuất phát và chị đã anh dũng hy sinh. Tấm gương của chị đã làm dấy lên phong trào noi gương Hồ Thị Kỷ trong khắp các đơn vị quân giải phóng và các đoàn thể tại địa phương. Đâu đâu cũng bừng bừng khí thế lập công với khẩu hiệu: “Sống và chiến đấu theo gương nữ liệt sĩ anh hùng Hồ Thị Kỷ”.

Tháng 5.1971, chị được truy tặng danh hiệu “Anh hùng các Lực lượng vũ trang nhân dân giải phóng miền Nam”. Để ghi nhớ tên tuổi và chiến công của nữ liệt sĩ anh hùng, quân dân và dân xã Lợi An, đội biệt động thị xã Cà Mau và nhiều trường học, đơn vị đã lấy tên “Hồ Thị Kỷ” đặt tên cho đơn vị mình.