李大钊是马叙伦早期相识的共产党人之一。五四运动时期，他们都在北大任教，由于五四运动，特别是五四以后的共同斗争，关系更趋密切。马叙伦和李大钊一起领导了1920年北京的第二次索薪和争取教育经费独立的斗争，分别被推选为北京国立大专以上八校的教职员联合会主席和书记。在著名的“六三”事件中，李大钊、马叙伦和北大教授沈士远一同走在游行请愿队伍的最前面。在新华门总统府门前，他们遭到埋伏的反动军警殴打、致伤，马叙伦头部的伤势尤重，住进了医院。长期共同的工作和斗争，使他们结下了深厚的友谊，马叙伦更从李大钊那里对共产党人和共产党人的事业有了一些了解和认识。

　　1922年夏，马叙伦计划出国考察教育并办妥了有关手续，但适逢浙江省教育厅长缺任，浙江省教育界的革新派力主由马叙伦继任。事先虽未征得马叙伦的同意，但在北京的李大钊和时为北大校长的蔡元培都积极支持这一推荐，马叙伦遂取消了出国考察之行。6月，马叙伦出任浙江省教育厅长，他立志不负众望，“激浊扬清”改革浙江省的教育事业。

　　国民党一大召开后确定了联俄、联共和扶助农工的三大政策，国共两党实行第一次合作。李大钊和马叙伦分别担任国民党北京执行部的组织部长和宣传部长，另一名共产党人蔡和森被任命为秘书长。他们为贯彻执行孙中山提出的由国民党一大确定的三大政策，亲密合作共事。1924年2月26日，马叙伦、李大钊及郁达夫等47位北大教授，为贯彻三大政策，敦促政府早日和苏联复交，共同致函北京军政府的外交总长。在全国舆论的压力下，中国和苏联遂于5月31日签订了复交协议。

　　冯玉祥发动“北京政变”，马叙伦第二次担任了教育部次长。不久，段祺瑞当了临时执政，马叙伦原想离去，但在征得李大钊“教育部关系重大，我们不应放弃”的意见后决定留任，并代理部务。李大钊等共产党人及一些进步人士的活动自然不容于军阀政府。一次，教育部接到一个密件，内中引内务部的情报说：“共产党首领李寿常在各校活动”，要教育部马上查办。马叙伦意识到“李寿常”即“李守常”（李大钊）的谐音，决心冒风险拖延不办，并立即通知李大钊迅速转移，使之脱险。

　　1927年，军阀头子吴佩孚、张作霖相互勾结，盘踞北京，并勾结了在北京的帝国主义势力迫害进步革命力量。李大钊不幸于4月9日被捕，同月28日为中国革命献出宝贵的生命。这时，马叙伦正在浙江，未能亲往吊唁致哀，直到1931年回北平后，值李大钊灵柩被葬万安公墓，马叙伦才得以在他的遗像前洒泪致哀。

　　1948年底，马叙伦曾作诗歌讴李大钊。诗曰：唯物史观论较新，李君物望冠人伦；纵教柴市成仁去，无限青年认理真。