מפלגת האורתודוקסה ייעדה את קסטרו לייצגה בבחירות שאמורות היו להתקיים ביוני 1952, אלא שבמרץ, כבש את השלטון נשיאה לשעבר של קובה פלוגנציו בטיסטה (Flugencio Batista).
למחרת ההפיכה הגיש קסטרו עתירה לבית-המשפט לחוקה הקובני ודרש הדחת הרודן הטרי.
העתירה נדחתה.
שנה לאחר מכן, ב- 26 ביולי 1953, תקף קסטרו, בראש כ- 165מורדים, מחנה צבאי. נסיון ההתקוממות נכשל, ורבים מן המורדים נהרגו. קאסטרו ואחיו ראול נעצרו ונידונו ל- 15 שנות מאסר.
ב- 15 במאי 1955, נחן וגלה למקסיקו, אך לא חדל מלתכנן את הפלת בטיסטה.
במקסיקו החל באירגון קבוצת לוחמי גרילה, אנשי ה"26 ביולי" (על שם נסיון ההתקוממות הראשון).
ב- 2 בדצמבר 1956 פלשו חברי הקבוצה וקסטרו בראשם, לדרום קובה, אולם אנשי בטיסטה, אשר השתילו סוכן בקבוצתו של קסטרו, ארבו להם, וקסטרו נאלץ לסגת עם קומץ ניצולי ההתקפה, בהם אחיו ראול וידידו ארנסטו "צ'ה" גווארה, להרי סיירה מאסטרה (Sierra Maestra).
מהרי הסיירה המשיך קסטרו לחתור נגד משטר בטיסטה, מחאתו קיבלה ביטוייה בעיקר בתעמולה נמרצת והתקפות מזדמנות.
עד כה לא זכו נסיונות ההפיכה של קסטרו לתמיכה קובנית רחבה; בטיסטה נתפס בקובה באותה עת כ"רע במיעוטו", והצלחת קדנציית הנשיאות שלו בין השנים 1933-1934, איפשרה לו לשלוט כעת, כמעט ללא עוררין.
אך עם הסלמת האמצעים הטוטליטריים וביטול הזכויות הליברליות, החלה תסיסה מהפכנית אשר איפשרה לקסטרו לחזק את כוחותיו.
ערב ההתקפה השלישית והאחרונה של אנשי ה"26 ביולי", היה מעמדו של בטיסטה חלש מתמיד; רבים מן הקצינים הגבוהים בגדו בו ושביתות סטודנטים והתקוממויות עובדי המטעים נפוצו ברחבי קובה.
באוגוסט 1958 פתחו אנשי קסטרו בהתקפה כללית וב- 1 בינואר 1959 ברח בטיסטה לרפובליקה הדומיניקנית, והוקמה ממשלה זמנית בראשות מנואל אורוטיה (Urrutia).
חודש לאחר מכן מונה קסטרו לראש ממשלת קובה.