او که پیش‌تر در یکی از کارخانه‌های باکو کار می‌کرد و عضو فرقه سوسیال‌دموکرات اجتماعیون عامیون بود، در همان بدو ورود به خراسان درصدد تشکیل یک شعبه از این فرقه شد اما به تعبیر خودش: «کله‌های مردم نارس بود» و مردم حتی مفهوم گفته‌هایش را درک نمی‌کردند. این تلاش بی‌ثمر او را به تهران کشاند؛ جایی که آتش مبارزه مشروطه روشن‌تر بود و حیدر در دل آن جا گرفت.
با ورود به تهران، حیدرخان در کارخانه برق حاج حسین آقا امین‌الضرب مشغول به کار شد. حضورش در این نهاد اقتصادی، بستری مناسب برای گفت‌وگو و تبلیغ اندیشه‌های انقلابی فراهم کرد. او دیگر تنها یک مهندس نبود خطابه‌هایش در حمایت از قانون‌مداری، آزادی و دموکراسی، دل بسیاری را با خود همراه ساخت.
با امضای فرمان مشروطیت مبارزه‌ی تازه‌ای آغاز شد. حیدرخان به شکل فعال به سازماندهی گروه‌های مخفی، آموزش نظامی و طراحی عملیات مقاومت علیه نیروهای ارتجاعی پرداخت. با به توپ بستن مجلس توسط لیاخوف و آغاز استبداد صغیر، موجی از وحشت سراسر کشور را فرا گرفت اما انقلابیون دست از مبارزه نکشیدند. حیدرخان به قفقاز پناه برد اما در آنجا نماند. به همراه پسرعموهایش، ابراهیم‌پاشا و آیدین‌پاشا، راهی تبریز شد تا در کنار ستارخان سنگر مقاومت را حفظ کند.
در تبریز، حیدرخان با نگارش نامه‌ای تند و افشاگرانه علیه محمدعلی‌شاه که در روزنامه کوشش منتشر شد، دوباره نامش را بر سر زبان‌ها انداخت اما اقدام جنجالی‌تر او، ترور شجاع‌نظام حاکم مرند بود؛ یکی از چهره‌های سرسخت ضد مشروطه. حیدر بمبی را در جعبه‌ای پستی به نام دوستی برای شجاع‌نظام فرستاد. انفجار، او و پسرش را در دم کشت. احمد کسروی این عملیات را «یکی از شاهکارهای آزادی‌خواهان، به‌ویژه حیدر عمواوغلی» نامیده است.
پس از فتح تهران، حیدرخان به مبارزات سیاسی ادامه داد. در آغاز دهه ۱۳۰۰، با جنبش جنگل به رهبری میرزا کوچک‌خان جنگلی ارتباط برقرار کرد. در اردیبهشت ۱۳۰۰، توافقی میان او و میرزا برای همکاری مشترک امضا شد اما ائتلاف نپایید، شکاف عمیق بین اندیشه‌های مذهبی-ملی میرزا و خط فکری سوسیالیستی حیدرخان به نزاعی خونین ختم شد که پایانش برای حیدر نامیمون بود.
در پنجم آبان ۱۳۰۰، در جریان جلسه‌ای برای رفع اختلافات، درگیری رخ داد. حیدرخان عمواوغلی به دست نیروهای میرزا کشته شد؛ پایانی تلخ برای یکی از پرشورترین چهره‌های انقلاب مشروطه.