Ngay từ rất sớm, năm 1923, đồng chí đã tổ chức thanh niên trong xã chống cường hào. Năm 1924 cùng một số anh em người Hoa đi học ở trường quân sự Hoàng Phố, Quảng Châu, Trung Quốc. Năm 1925 tổ chức thanh niên học sinh đọc sách báo tiến bộ. Năm 1926, cùng nhiều thanh niên vào Nam bộ để tham gia hoạt động đoàn thể cách mạng. Năm 1927, Tham gia Hội Việt Nam Cách mạng Thanh niên ở Quảng Trị. Tháng 10.1927, tham gia thành lập Hội Việt Nam Cách mạng Thanh niên Hội An, giữ chức vụ Tỉnh ủy viên Tỉnh hội Việt Nam. Năm 1929, tham gia hoạt động thành lập Đảng Cộng Sản Đông Dương. Năm 1939, về Côn Minh tổ chức đường dây từ Côn Minh về Khu du kích Việt Bắc. Năm 1941, tham gia xây dựng khu Việt Bắc, tổ chức đường dây đón lãnh tụ Nguyễn Ái Quốc về nước. Năm 1945, làm Ủy viên Ủy ban Kháng chiến Nam Bộ và Ủy viên Ủy ban Kháng chiến miền Nam Việt Nam. Năm 1951, phụ trách công tác Đảng tại Quảng Châu, thành lập biện sứ tại Quảng Châu Trung Quốc đồng thời phụ trách ban Tài vụ và lãnh đạo công tác Việt kiều tại Quảng Đông. Năm 1953, làm chủ nhiệm Biện sứ Côn Minh và phụ trách lãnh sự tại Trung Quốc. Năm 1957, được Đảng điều về nước làm Vụ Trưởng Vụ Lãnh sự Bộ Ngoại giao. Năm 1957, làm Phó trưởng Ban Đối ngoại TW Đảng. Phụ trách Ban cán sự Đảng ngoài nước. Năm 1977, được nghỉ hưu tại Hà Nội, thường trú tại số 46 (nay là số 25) làng Yên Phụ, phường Yên Phụ, quận Tây Hồ, Hà Nội.
Ông Cao Hồng Lãnh (đứng giữa mang cà vạt, hàng sau) cùng các đại biểu Quốc hội năm 1960 - Ảnh: T.Đ.T chụp lại tại nhà lưu niệm Suốt cuộc đời hoạt động cách mạng, đồng chí Cao Hồng Lãnh luôn dành cả tâm hồn và tình cảm của mình cho đất nước và quê hương Hội An. Dù phải xa quê hương nhưng tấm lòng của đồng chí chưa bao giờ phải ly hương. Đồng chí Cao Hồng Lãnh là tấm gương về ý chí, nhân phẩm của một chiến sỹ cách mạng trung kiên, một bậc cách mạng tiền bối. Quê hương Hội An tự hào có Cao Hồng Lãnh – Phan Thêm và những người con ưu tú, hiếu nghĩa đã cống hiến trọn đời cho sự nghiệp cách mạng vẻ vang của toàn dân tộc. Với công lao đóng góp của mình, đồng chí đã được Đảng và Nhà nước tặng thưởng:- Huân chương Hồ Chí Minh
- Huân chương kháng chiến hạng nhất
- Huân chương kháng chiến chống Mỹ, cứu nước hạng nhất
- Huy hiệu Thành đồng Tổ quốc
- Kỷ niệm chương vì sự nghiệp Đối ngoại Đảng - Huy hiệu 70 năm tuổi Đảng