起义成功后，李灿任中国工农红军第５军军委委员兼１团党代表、第５大队大队长。同年底随红５军主力上井冈山。１９２９年初奉命留守井冈山，参加了黄洋界保卫战。后任湘赣边独立第１团团长、红５军５纵队司令员。
１９２９年９月，李灿率部挺进鄂东南，攻取通山、阳新、大冶３县县城，半月之内，率部所向披靡，共缴获迫击炮１０余门、机枪３０余挺、步枪１０００多支。群众奔走相告，箪食壶浆以迎红军，队伍由１０００多人增至４０００多人，扩编为两个支队。１２月配合中共秘密组织发动大冶起义，红５纵队进一步发展到３个支队６０００余人，军威大振。
１９３０年春，李灿率部转战在大冶至咸宁等地，连战告捷，初步打开了鄂东南武装割据的局面。同年６月，他奉命投入红３军团的筹建工作，被任命为红８军军长。
由于在作战中多次负伤，久病不愈，李灿的身体极度虚弱。１９３０年７月，组织上送他到上海疗养。１９３２年初，他赴上海请求中共中央分配工作，被国民党特务逮捕，不久被杀害，时年３１岁。
宜章县史志办原主任吴绪斌说，在革命战争年代，李灿通过言行鼓舞了家乡人民投身革命，他对革命无比坚定的信仰以及清廉的品格值得后人传承弘扬。
如今，在李灿的出生地宜章县玉溪镇长冲村，厂房林立，各类建设如火如荼。２０世纪９０年代初创建于此的宜章经济开发区已有入园企业３００余家，初步形成了新材料、新能源、先进制造、生物医药、电子信息等新兴产业集聚发展的产业园区。
