20世纪30年代，毛齐华怀着坚定的信念，参加了中央特科工作，参与创建党的无线电通讯，为党的秘密工作作出了贡献。1941年，中央对他这一段经历作出过评价：毛齐华从事地下工作时，上海地下党虽遭受严重破坏，但毛齐华对党是忠诚的，思想上没有任何动摇。
走上革命道路
毛齐华，1903年出生在上海嘉定。毛齐华的父亲早年亡故，母亲带着他和哥哥相依为命。8岁时，母亲克服重重困难将其送入学校，勉强读了4年书，但最后因为家贫而辍学。1920年，他到上海一家印刷厂当了学徒。初进印刷厂，他就感受到资本家的压迫。他曾回忆说，厂里的老板简直是吸血鬼，一边要工人拼命的干活，但另一边只让学徒勉强填饱肚子，每个月理发、洗澡的零用钱也不给，弄得学徒们个个蓬头垢面。毛齐华联合工人进行斗争，最初取得几次小胜利，但老板采取手段，将毛齐华和其他三四个工人解雇。后来，毛齐华被介绍到中华书局印刷厂。在那里，他萌生了最初的革命意识。
对于毛齐华个人生命历程而言，1924年是个关键点。一次偶然的机会，毛齐华参加了中国共产党在上海闸北宝山路广场召开的“国民会议促成会”，并聆听到恽代英的精彩演说。恽代英的阶级斗争学说，以及热情洋溢的革命鼓动，给毛齐华以巨大震撼，令他茅塞顿开。多年以后，他回忆说：“我生平第一次听到这样的演讲，只觉得他们说出了我们穷苦人民的心里话，于是在会场上我也拼命地跟着喊口号，直到把嗓子都喊哑了。”
从此以后，毛齐华开始与革命同志交往，内心迸发出无穷的力量。毛齐华曾回忆道，“自从结交了那几位革命知识青年以后，我好像浑身有使不完的劲。”他一边做工干活，一边分析各车间工人的思想动态，找青年工友谈心，积极地搞宣传活动。1925年初，毛齐华因表现优异，经上海地方党组织批准，被吸收为共青团员；同年4月，加入中国共产党。五卅运动爆发后，毛齐华积极组织工人罢工游行，并担任中华书局总工会秘书长、工会党团书记兼党支部书记和青年团书记，有力支援了上海总工会的工作。五卅运动结束后，上海印刷工人成立上海印刷总工会，毛齐华担任总务科副科长。
1925年7月，为做好宣传工作，党中央组建了自己的印刷厂，毛齐华利用工余时间做了一些协助工作。但这个印刷厂很快被反动势力捣毁。10月初，党组织决定调毛齐华专职筹办新的地下印刷厂。对于这一全新的工作，他后来回忆说：“起初我还不大愿意去，仍想继续搞工人运动，但是，组织已作出决定，便告别了曾经朝夕相处、同生共死的亲密战友”，“走上了新的工作岗位”。
1926年10月北伐军攻克武汉后，中共中央决定在武汉建立印刷厂。1927年2月，毛齐华再次接受新任务，从上海赶到武汉，筹建长江印刷厂。当时，武汉革命氛围浓厚，《向导》周报、《共产主义ABC》等书刊的印量都在数万份。毛齐华领导长江印刷厂加班加点，最大限度满足革命群众的阅读需要。“四一二”反革命政变和“七一五”反革命政变后，长江印刷厂无法继续坚持。毛齐华在党中央的指示下，清理工厂设备，掩护工人隐蔽，进行有序转移。1927年10月，再次回到上海。
留苏秘密学习
毛齐华回到上海不久，就接到组织通知：到莫斯科中山大学学习。大革命失败后，共产国际制定了一个系统性计划，选派优秀党员去苏联培训。这可以避免他们遭受白色恐怖的屠戮，保留革命的火种；同时在技术层面，为革命做好准备、打好基础。因为经费限制，与毛齐华同一批次去的只有16人。
到达莫斯科后，毛齐华最初主要是学习马列课程，如《社会形态发展史》《政治经济学》《联共党史》等。他后来回忆说，一接触到这些理论，就感觉很新鲜，也很有兴趣。虽然自己基础差，学习起来很吃力，但是勤能补拙，“每天都认真整理听课的笔记，按照教师布置的作业，一题一题地做好”。1928年春，改选学校党的支部局时，毛齐华被选为支部局委员。他自己感到非常意外——用自己的话说是“做梦也没有想到”。
毛齐华留苏期间，国内革命形势也在发展变化，尤其是工农武装起义不断爆发，红军建立多个根据地，星星之火呈燎原之势。但当时中共中央在上海，与各根据地的书信联络极为不便，因此建立无线电通讯迫在眉睫。1928年初，共产国际东方部负责人建议，上海中央应争取与东江、湖南等根据地建立无线电联系，采取措施运去相应的工作人员和无线电器材。1928年夏，共产国际决定选调在莫斯科中山大学读书的毛齐华等6人，到国际无线电秘密训练班学习。因为此事关系重大，即便对莫斯科的同学也是绝对保密。中山大学负责人特别叮嘱：“对任何人都不能讲！你们白天照常在校上课，晚上前去学习。”
国际无线电秘密训练班位于莫斯科城内一处独立的三层别墅里。学习内容除无线电技术外，还有英语、驾驶汽车、各种武器的使用方法，以及如何搞秘密工作等。毛齐华怀着为党奋斗的热情，孜孜不倦地钻研。课余期间，他经常到苏联工厂参观学习无线电工具制作；有时还带着自己制造的收发报机，乘火车到莫斯科十几公里远的郊外演练。
毛齐华在莫斯科学习期间，有幸当面聆听了周恩来的教诲。1928年夏，周恩来到东方大学传达中共六大精神，毛齐华恰在那里参加野营训练。周恩来与学员一起吃饭时特别叮嘱：“你们要抓紧学习，现在国内急需无线电通讯方面的人才。”虽然只有几句话，但给毛齐华留下了深刻印象。
对毛齐华来说，留苏岁月是非常充实的，确实学到了很多本领。1930年秋，无线电学校负责人向毛齐华等宣布：“根据共产国际的指示，和你们的学习成绩，你们在这里的学习毕业了。现在要送你们回国工作。”就这样，经过一路的曲折颠簸，毛齐华回到了上海。
进入秘密电台
回到上海后，毛齐华很快被安排进中央特科工作。当时，中央特科下设4个科。第四科的主要任务是建立党的地下秘密通讯联系，特别是创建党的无线电通讯，保证党中央机关与各地党组织和共产国际的通畅联络。毛齐华隶属第四科，科长李强，成员大都是莫斯科无线电学校的学员。
接受工作后，毛齐华把家搬到慕尔鸣路兴庆里17号，那里实际上是党的地下电台所在地。房子的二房东是吴克坚，住在楼下；报务员曾三，住在小亭子间；毛齐华是三房客，住在楼上。收发报机就藏在其房内的衣橱中，每天夜里进行收发电报工作。
除正常收发报外，毛齐华还经常按李强的通知，到巨籁达路四成里12号碰头，那里是中央特科办的一个秘密无线电学校。一栋三层楼的房子，最上面是学员宿舍，二楼是教室，楼下放着座椅和一些电器材料。门外挂着一块“福利电器公司工厂”的招牌作掩护。人们一般称之为“福利公司”。当时共有16个学员，教员都是经历多年斗争的老革命，有的参加过上海三次武装起义，有的参加过省港大罢工等等。毛齐华主要负责技术培训，即训练报务员和维修发电机的技工。报务员一共5个人，在两个地方教学：虹口2人，同孚路3人。毛齐华采用家庭辅导的方式，逐个上门讲授。他先是自行购置发报机零件，用三极管装一个振荡器，带到学员家中，亲自操作示范。而且为了避免泄露机密，还给每人准备了一副耳机。
培训维修技工更加麻烦，不仅要有场地和设备，还要有个名义作掩护。毛齐华费尽心思在虹口找到一家修理发电机的小厂。这家小厂虽然只有一间门面，可是有十几台破旧的发电机。老板是工人出身，自己也参加修理，因此只有一个学徒。面对这种情况，毛齐华耐心且机智地给老板讲：有些小镇青年想学习修理发电机，希望能在这里实习，学习费用一分不少，做工钱一分不拿。老板看到有钱可赚，欣然同意。毛齐华利用这个小厂，让地下党员以学徒名义为掩护，先后办了两期培训班，每期两三个人。后来，这些受过训练的技术人员大都被派往苏区，在革命战争中发挥了重要作用。
1931年夏，由于革命根据地迅速发展，各地都需要无线电设备，毛齐华又接到了组装机器的任务。党组织把他安排进一个亭子间，找人在楼下作掩护。毛齐华购齐各种五金零件后，躲在楼上办起个体工厂。上海的夏天酷热难忍，但是为了避免被敌人发现，他密闭门窗，夜以继日地工作，常常是大汗淋漓，眼睛累出血丝。一个夏天，他连续装配出五六套收发报机。在制造发报机时，因考虑到是在秘密环境下使用，要求机器必须轻巧，便于携带，而且声音还要清晰。为了保证质量，每制成一台机器，毛齐华都反复检验。此外，毛齐华还负责检修发生故障的电台和改装老机器，为党的通讯工作提供技术支持。
1932年后，国民党加紧对革命根据地“围剿”与封锁，红军获取物资十分困难，连发报机的电池都买不到。党组织又把采购电池的任务交给毛齐华。考虑到大量运输成品电池容易被敌人发现，毛齐华建议由上海购买原料，运往各根据地后，再自行组装。为了搞清电池原理，毛齐华购买书籍，自行钻研，弄通理论后，又购买原料试验，经过几个月的“闭门造车”，最后获得成功。
培训学员、制造设备看似平常无奇，但在国民党的白色恐怖下，这些工作其实每一步都惊险万分。在上海的几年里，毛齐华的工作驻地多次被敌人突袭，牺牲的同志不计其数。
投身敌后工作
1933年的上海，敌特遍布，我党地下组织多次遭遇破坏。艰难险阻之际，毛齐华毅然留下，在上海中央局地下电台工作。为防止电台暴露，毛齐华等人全部使用室内天线，随用随挂，用完就收起来。但在发报时，一按电键，邻居的电灯泡就会发出一闪一闪的红光。于是，毛齐华指导地下工作人员，每设一部电台，就一边按电键调整波长，一边偷看邻居家电灯泡是否出现异常，然后再设法调整到电压稳定。为了做好隐蔽工作，地下工作人员费尽心思，即便如此，也常有意外不期而遇。有一次，毛齐华抱着一部发报机坐在一辆黄包车上，突然路边出现几个巡捕和便衣。如果调头躲避，反而容易引起怀疑。危急时刻，他冷静沉稳，迎面而上。那几个巡捕看其身穿长袍，怀里的牛皮大纸袋印有“中国百货公司”字样，显得很有派头，便不敢放肆，把手一挥，示意放行。
1934年春节期间，为配合中央苏区第五次反“围剿”，上海地下党决定举办爆破训练班训练爆破手，目标是炸毁浙赣铁路。毛齐华再次接到新任务——去爆破班训练，为炸毁铁路做准备。组织还安排毛齐华与叶挺见了一面，由叶挺向毛齐华传授爆破技术。据毛齐华回忆，与叶挺见面，是在法租界的一个别墅里，交谈了两三个小时，叶挺讲了炸药如何配比、如何安放等问题。经过一个多月的系统训练，毛齐华基本掌握了雷管爆炸技术。
训练班结束后，毛齐华又被安排回电台工作。此时，白色恐怖越来越严重。中共在上海活动4年之久的地下电台全被破坏。面对搜出的电台设备，敌人惊叹道：“想不到他们没有工厂设备，凭手工能制造出这样小巧、高效的收发报机。”
上海地下电台遭破坏后，毛齐华并没有灰心丧气。他仔细研究后，提出恢复电台的三项具体办法：一是要有报务员，但报务员不是一两个月就能培养出来的，要请上级从外地调派；二要有忠实可靠的人来掩护电台；三要把过去分散搬走的部分通讯器材找回来。经过几个月的准备，毛齐华成功组装起一套收发报机。与此同时，从山西调来两位报务员，上海地下电台又开始艰难运转。
但是，1935年7月，党的地下组织又一次遭受大破坏。毛齐华的处境更加险恶。为保存有生力量，党组织命令毛齐华等人分头撤离上海。撤退前，毛齐华还有条不紊地处理了两件事：第一，将其掌握的两部电台移交给从中央苏区派来的同志。第二，疏散家属。毛齐华的妻子潘林珍当时带着3个孩子，两个是自己的，另一个是聂荣臻的女儿聂力。毛齐华把妻子和3个孩子送到嘉定，叮嘱妻子好好抚养，等待组织联系。
1935年秋，毛齐华从上海经转天津，到达党中央所在地瓦窑堡，担任中央白区工作部秘书。全民族抗战爆发后，毛齐华历任中华全国总工会西北执行局委员长、中共陕甘宁边区区委常委、中共晋东南职工运动与委员会书记、八路军太行军区司令部秘书长等职。解放战争时期，毛齐华任中共上海工人运动委员会负责人，为迎接上海解放做了大量工作。