През 1891 г. постъпва във Военното училище в София, но заради участието му в социалистически кръжок е изключен и от 1894 година е учител в Щип, където учителства Дамян Груев, един от основателите на организацията Български македоно-одрински революционни комитети, прекръстена впоследствие на Вътрешна Македоно-одринска революционна организация. Гоце Делчев е привлечен в организацията от Даме Груев и по-късно се превръща в неин фактически ръководител. Основната идея на ВМОРО е, че освобождението на Македония и Одринско е възможно чрез общо въоръжено въстание.
През 1896 участва в работата на Солунския конгрес на ВМОРО и заедно с Гьорче Петров изработва програмата и устава на организацията, който предвижда изграждането и на демократични основи. След конгреса Гоце Делчев е избран за задграничен представител, подвижен член на ЦК на ВМОРО. Той полага големи усилия за изграждане на революционната мрежа, както и за снабдяването на организацията с оръжие.
През 1899 година по инициатива на Гоце Делчев се пристъпва към изграждането на четническия институт на ВМОРО, който изиграва изключително важна роля за по-нататъшното й масовизиране и революционизиране. През 1902 година заедно с Гьорче Петров участва в изработването новата програма и устава на организацията. Тя вече си поставя за цел привличането и сплотяването "на всички недоволни елементи в Македония и Одринско, без разлика на народност" и за извоюване на пълна политическа автономия. По това време името на организацията е Тайна македоно-одринска революционна организация.
Въпреки постигнатите успехи в организационното й изграждане Гоце Делчев все още не е убеден, че тя е готова да пристъпи към въоръжено въстание, поради което се противопоставя на взетото в негово отсъствие решение от Солунския конгрес от 1903, за вдигане на въстание в Македония и Одринско през пролетта на същата година. Заедно с Даме Груев и други революционни дейци успяват да отложат обявяването на въстанието за през лятото на 1903 година, както и за превръщането му от повсеместно в стратегично, т. е. да се обяви главно в планинските и полупланинските райони и в него да вземат повече участие сформираните за тази цел въоръжени чети.
В началото на май същата година, на път за среща с водителите на Серски революционен окръг четата му попадна в обкръжение в село Баница, Серско, и след еднодневно сражение с превъзхождащата ги потеря Гоце Делчев пада убит. Гибелта му се възприема от съвременниците и от историците като една от най-тежките загуби за ВМОРО. Поетът Пейо Яворов, който е бил в четата на Гоце Делчев, посвещава книга на големия революционер. Във финалната й глава със силата на поетичното си слово той пише: "Почти едновременно с Гоце биват убити още шестима, в това число и Гущанов. Останалите живи влазят в една плевня, отдето след цял ден сражение се измъкват незабелязано между пламъците на Баница, цяла изгорена. Петнадесет часа – спомня си г. Хаджидимов – турците не посмяха от куршумите ни да приближат нашите убити. Петнадесет часа ний гледахме мъртвия Гоце, приведен сякаш върху гробът на Македония. И петнадесет часа ни се късаха сърцата... Защото осиротяваше цял народ."
Българската народна банка пусна в обращение сребърна възпоменателна монета на тема „150 години от рождението на Гоце Делчев“. Цената на монетата е 108 (сто и осем) лева.
