Năm 1944 tham gia hoạt động trong mặt trận Việt Minh của huyện. Khi Cách mạng tháng Tám năm 1945 bùng nổ, anh tham gia vào Uỷ ban khởi nghĩa huyện Bố Trạch, trở thành một trong những hạt nhân lãnh đạo của chính quyền mới ở quê hương sau ngày Cách mạng tháng Tám thành công.

Năm 1947, thực dân Pháp đánh chiếm Quảng Bình, Quách Xuân Kỳ trúng cử huyện Uỷ viên và đến năm 1948, anh được bầu vào Ban Thường vụ và làm Bí thư huyện ủy Bố Trạch. Với trách nhiệm lãnh đạo một huyện kháng chiến, anh đã cùng với Đảng bộ huyện xây dựng lực lượng, anh dũng chiến đấu giáng cho địch những đòn chí tử. Bố Trạch trở thành huyện lừng danh trong kháng chiến chống thực dân Pháp xâm lược với những làng chiến đấu anh dũng, kiên cường như Cự Nẫm.

Đầu năm 1949, Quách Xuân Kỳ trở thành Tỉnh Ủy viên kiêm Bí thư Thị ủy Đồng Hới.

Những hành động dũng cảm, gan dạ của Quách Xuân Kỳ đã làm cho quân địch hoang mang lo sợ, chúng đã dốc toàn lực để truy bắt anh. Năm 1949, Quách Xuân Kỳ bị địch bắt trong một đợt càn quét dài ngày, chúng giam ở nhà lao Đồng Hới và hành hạ suốt hai tháng trời. Ở trong tù thực dân Pháp tiến hành tra tấn, dụ dỗ, mua chuộc song tất cả những thủ đoạn của giặc Pháp đều thất bại trước ý chí kiên cường của anh. Cuối cùng quân địch quyết định đem anh ra xử bắn tại Hoàn Lão ngày 11-7-1949. Trước nòng súng của giặc anh vẫn hiên ngang hát bài Quốc tế ca và hô to khẩu hiệu:

Việt Nam độc lập muôn năm!
Hồ Chủ tịch muôn năm!
Đã đảo thực dân Pháp!

Anh hy sinh ở độ tuổi 23 thanh xuân rực lửa anh hùng, cái chết trẻ trung của anh đã trở thành sự bất tử trong lòng người dân Quảng Bình và cả nước. Cả cuộc đời thanh xuân của Quách Xuân Kỳ đã hiến dâng cho đất mẹ Quảng Bình, cho Tổ quốc, cho lý tưởng cộng sản, gương chiến đấu của anh sống mãi trong lòng mỗi người dân chúng ta.