El 20 de julio de 1810 se incorporó al movimiento revolucionario que estalló en Santa Fé de Bogota y tres días mas tarde, pasó a las filas del batallón de Voluntarios de la Guardia Nacional creado por la Junta Suprema de Santa Fé. El 1 de noviembre de 1810 fue creado el primer batallón de la Nueva Granada, en el que Urdaneta se incorporó con el grado de teniente. En ese batallón también se iniciaron militarmente otros notables protagonistas de la guerra de independencia como Atanasio Girardot, Francisco de Paula Santander, Antonio Ricaurte y José D'Elhuyar.
Urdaneta participó en varias acciones durante la Campaña Admirable liderada por Simón Bolívar , destacandose bajo las órdenes del coronel José Félix Ribas el 2 de julio de 1813 en la batalla de Niquitao y siendo decisivo en el triunfo de la batalla de Taguanes contra las fuerzas realistas del Coronel Julian Izquierdo. En el informe al Congreso de la Unión en Tunja, Bolívar describió a Urdaneta como 'digno de recomendación y acreedor de todas las consideraciones del gobierno por el valor e inteligencia con que se distinguió en la acción'.

Después fue protagonista en numerosas acciones militares, entre las cuales destacan la batalla de Barbula en 1813, la retirada haciaOriente en 1814, la toma de Maracaibo en 1821 y la marcha hacia San Carlos, previa a la batalla de Carabobo, en la cual no pudo participar por órdenes de Bolívar, dado el grado de agotamiento de sus tropas. Sin embargo, por los servicios prestados, Bolívar pidió su ascenso a General en Jefe.

Posteriormente quiso acompañar al ejército libertador en las Campañas del Sur, pero no fue aceptado, ya que estimaron que su presencia era mas importante en Colombia. En el 1824 fue nombrado Intendente del Zulia.
Fue uno de los jefes mas leales a Bolívar. En 1828, desde la Secretaría de Guerra, le tocó juzgar a los responsables de la llamada Conspiración Septembrina, que atentaron contra Bolívar para ese momento presidente de la Gran Colombia.
Convencido sin prueba alguna, de la culpabilidad de Francisco de Paula Santander, lo condenó a muerte en juicio sumario, y siendo otorgado el destierro por la vida de parte del General Bolívar.
En 1830, en el Congreso Admirable trató de salvar la obra bolivariana y la unidad de la Gran Colombia encargandose de la presidencia al derrocar a Joaquin Mosquera, convirtiéndose en dictador y siendo el último presidente de la Gran Colombia. Famosa es la frase que, en una carta íntima, le transmitió Bolívar desdeBarranquilla en 1830, poco antes de su muerte: 'El no habernos compuesto con Santander nos ha perdido a todos'. Muerto Bolívar, Urdaneta propuso se convocase al pueblo para decidir sobre el Gobierno y renunció al mando. En 1831 celebró en Apulo una entrevista con el vicepresidente Domingo Caicedo y firmaron un acuerdo. Allí mismo pidió Urdaneta pasaporte. Escaparía al asesinato milagrosamente y se trasladó a Santa Marta.

Acciones en Nueva Granada

En Tunja, el presidente de la Unión, Camilo Torres Tenorio, les dio apoyo a Urdaneta y sus tropas para continuar la lucha en Venezuela, pero el Congreso de las Provincias Unidas primero le encomendó a Bolívar someter a Manuel de Bernardo Alvarez, quien gobernaba la provincia de Cundinamarca, la cual no formaba parte de la federación. Urdaneta sirvió con Bolívar, quien se tomó a Santa Fé el 12 de diciembre de 1814; con este triunfo consolidó la federación granadina. Por su actuación en Nueva Granada, Urdaneta fue ascendido a general de división el 5 de enero de 1815, cuando apenas contaba con 26 años de edad.

En octubre de 1815, el brigadier realista Sebastian de la Calzada al mando de 1.600 infantes de la quinta división marchaba desde Guasdualito, Venezuela, hacia la NuevaGranada con el encargo de amenazar a Santa Fé de Bogota, en apoyo a la operación que ejecutaba el jefe de las fuerzas expedicionarias Pablo Morillo contra Cartagena de Indias. Urdaneta y Joaquín París Ricaurte trataron de impedir la ofensiva realista por los llanos de Casanare y la cordillera de los Andes. Urdaneta al mando de unos 1.000 infantes sufrió un grave revés en la batalla de Balaga el 25 de noviembre de 1815. El encuentro ocurrió en el río Chitaga, cuyo paso Urdaneta inmediatamente trató de impedir, pero debido al bajo nivel del río, tal acción no fue imposible y entraron en combate. La batalla comenzó a las cinco de la mañana y terminó a las cuatro y media de la tarde con una derrota avasallante para Urdaneta, que apenas pudo escapar con unos 200 hombres a Cacota de Velasco.
Por la pérdida de esta batalla, Urdaneta fue relevado por Custodio García Rovira y llevado a Consejo de Guerra para justificar su actuación frente al Congreso de la Nueva Granada, pero fue absuelto a principios de 1816. El general Pablo Morillo aplicó el 'Régimen del terror' que comenzó en Cartagena de Indias y ejecutó a los líderes patriotas a quienes pudo echar mano. Sebastian de la Calzada entró con Morillo en Santa Fé de Bogota el 6 de mayo de 1816.