1926年春，胡兰畦来到广州，进入以何香凝为部长的中央妇女部工作。1927年，她投考武汉中央军事政治学校，被录取编入女生队。
陈毅与她相约黄鹤楼
对于胡兰畦在武汉的经历，民国史专家、中南财经政法大学教授袁继成曾作过研究。据他考证，胡兰畦来汉前后曾与川军青年军官陈梦云有过一段婚姻。而陈梦云是陈毅的堂兄。
武昌实验小学校内"武汉中央军事政治学校历史陈列馆"门前碑文记载:1927年2月，学校正式开学，宋庆龄、吴玉章、董必武等出席开学典礼，加上从广州黄埔军校转来的，学员共有3700余名，由恽代英主持军校日常工作，陈毅也被派到学校任中共党团书记。
由于要隐蔽党内身份，陈毅的公开职务是军校政治部准尉文书。胡兰畦与陈毅在军校重逢。
《民国大腕》中有一段文字，记述了1927年4月的一天，陈毅约胡兰畦到武汉黄鹤楼(其实是奥略楼)的一个饭馆吃饭，席间询问起胡兰畦的入党问题。胡兰畦说，她向党组织申请过，党小组负责人"让我与陈梦云离婚，但我曾对陈梦云说过，只要他永远革命，我就永远不和他分离。现在，我怎么能无缘无故与他离婚呢?"陈梦云是旧军阀的军官，当时对与旧军阀有联系的人，党组织接纳时是很谨慎的。对此，陈毅表示理解。
抗战影响大被任命为少将
大革命失败后，胡兰畦代理汉口市特别党部妇女部长和武汉总工会女工运动委员会主任。1929年，她被蒋介石点名驱逐，后赴欧洲考察社会救济事业，并在德国加入中国共产党。
1931年7月，宋庆龄的母亲逝世，胡兰畦应邀陪宋庆龄回国奔丧。之后，再度赴德学习。1933年春，希特勒上台，大批共产党员和进步人士被捕，胡兰畦也被关入女牢。在宋庆龄和鲁迅等的抗议下，胡兰畦于三个月后获释。随后，她在法国发表了回忆录《在德国女牢中》。文章立即被译成俄、英、德、西四种文字，使胡兰畦的名声传遍了欧洲。
