در تهران به تدریس در مدرسه مروی و تألیف و سخنرانیهای تحقی

در تهران به تدریس در مدرسه مروی و تألیف و سخنرانیهای تحقیقی می پردازد. در سال ۱۳۳۴ اولین جلسه تفسیر انجمن اسلامی دانشجویان توسط استاد مطهری تشکیل می گردد. در همان سال تدریس خود در دانشکده الهیات و معارف اسلامی دانشگاه تهران را آغاز می کند. در سالهای ۱۳۳۷ و ۱۳۳۸ که انجمن اسلامی پزشکان تشکیل می شود .استاد مطهری از سخنرانان اصلی این انجمن است و در طول سالهای ۱۳۴۰ تا ۱۳۵۰ سخنران منحصر به فرد این انجمن می باشد که بحثهای مهمی از ایشان به یادگار مانده است. 
کنار امام بوده است به طوری که می توان سازماندهی قیام پانزده خرداد در تهران و هماهنگی آن با رهبری امام را مرهون تلاشهای او و یارانش دانست. در ساعت ۱ بعد از نیمه شب روز چهارشنبه پانزده خرداد ۱۳۴۲ به دنبال یک سخنرانی مهیج علیه شخص شاه به وسیله پلیس دستگیر شده و به زندان موقت شهربانی منتقل می شود و به همراه تعدادی از روحانیون تهران زندانی می گردد. پس از ۴۳ روز به دنبال مهاجرت علمای شهرستانها به تهران و فشار مردم، به همراه سایر روحانیون از زندان آزاد می شود. 
پس از تشکیل هیئتهای موتلفه اسلامی، استاد مطهری از سوی امام خمینی همراه چند تن دیگر از شخصیتهای روحانی عهده دار رهبری این هیئتها می گردد. پس از ترور حسنعلی منصور نخست وزیر وقت توسط شهید محمد بخارایی کادر رهبری هیئتهای موتلفه شناسایی و دستگیر می شود ولی از آنجا که قاضی یی که پرونده این گروه تحت نظر او بود مدتی در قم نزد استاد تحصیل کرده بود به ایشان پیغام می فرستد که حق استادی را به جا آوردم و بدین ترتیب استاد شهید از مهلکه جان سالم بدر می برد. سنگینتر می شود. در این زمان وی به تألیف کتاب در موضوعات مورد نیاز جامعه و ایراد سخنرانی در دانشگاهها، انجمن اسلامی کردن محتوای نهضت اسلامی پزشکان، مسجد هدایت، مسجد جامع نارمک و غیره ادامه می دهد.