1923年，王盡美根據中共三大決議，以個人名義加入國民黨，并于1924年1月出席國民黨在廣州召開的第一次全國代表大會。12月，又以中共山東省地方執行委員會負責人的身份去北京參加李大釗組織的國民會議運動講演大會。歸途中，在天津飯店受到孫中山的接見，并被孫委以國民會議特派宣傳員。這期間，他正確地貫徹執行黨的方針，積極建立與發展國共合作的革命統一戰線，并利用國共合作的有利形勢，積極擴大中國共產黨的影響，發展黨的組織，使山東黨的工作迅速發展。

1925年3月，中共山東地委建立，王盡美等任委員。

長期的忘我工作和艱苦生活，王盡美患上了肺結核病，終于累倒在革命的崗位上。1925年春節前夕，在濟南與反動的基督教徒連續進行三天大辯論，因疲勞過度吐血暈倒，進院治療。時值工人運動蓬勃發展之際，他心急如焚，毅然出院，抱病赴青島投入戰斗。他與鄧恩銘一起組織領導膠濟鐵路全線、四方機廠工人大罷工，并取得勝利，隨后成立了膠濟鐵路總工會。3月12日去北京參加了孫中山先生的葬禮。4月，又去青島與鄧恩銘一起領導青島紗廠工人第一次聯合大罷工，迫使日本資本家簽訂了九項復工條件。同年6月，因肺病復發，在組織的安排下回到故鄉北杏村養病，后因病重又回到青島醫院治療。病危期間，他請青島黨組織負責人筆錄了他的遺囑：“全體同志要好好工作，為無產階級和全人類的解放和共產主義的徹底實現而奮斗到底。8月19日，王盡美在青島醫院病逝，終年27歲。

王盡美雖然只活了27年，但他的革命生涯卻長達10年，而且是冒著白色恐怖，奔波于全國各地，時刻有被捕甚至犧牲的危險；他忍受著疾病的折磨，宵衣旰食，嘔心瀝血，鞠躬盡瘁，做出了不朽貢獻。他踐行了他的志向，盡善盡美盡年華。他是黨的一大代表最早辭世的。他像一顆璀璨的流星，雖然短暫，卻在廣袤深邃的天空劃出了一道耀眼絢麗的光芒，將永遠閃耀在歷史的星空和人民心中。

新中國成立后毛澤東主席在青島視察工作時，曾特意向山東黨的負責同志講起王盡美，說：“你們山東有個王盡美，是個好同志。”1961年8月21日，董必武去武漢途中，深情地懷念起王盡美，在列車上揮筆寫了一首《憶王盡美同志》的詩：“四十年前會上逢，南湖舟泛語從容。濟南名士知多少，君與恩銘不老松。”