Cleaver war verantwortlich für die Organisation einer Studentenkonferenz an der Fisk University in Nashville, Tennessee. Auf der Konferenz traf Cleaver den Informationsminister der Black Panther Party, Eldridge Cleaver, der auf der Konferenz sprach. Er war gerade aus dem Gefängnis gekommen und hatte Soul on Ice veröffentlicht. Sie zog im November 1967 nach San Francisco, um der Black Panther Party beizutreten, und nur anderthalb Monate später, direkt nach Weihnachten, hatten Eldridge und Kathleen geheiratet. Sie trat etwa drei bis vier Wochen nach Huey Newton für die Tötung eines Oakland Polizisten in einer vorgezeichneten Schießerei aufgeladen wurde. In San Francisco wurde Kathleen Kommunikationssekretärin der Partei und arbeitete an der Organisation von Demonstrationen, der Erstellung von Broschüren, der Durchführung von Pressekonferenzen, der Gestaltung von Plakaten und der Teilnahme an Kundgebungen und im Fernsehen. Cleaver wandte alles, was sie vom SNCC gelernt hatte, auf die Black Panther Party an. Sie schuf die Position selbst, motiviert von Julian Bond in SNCC. Trotz der Tatsache, dass über zwei Drittel der Black Panthers-Mitglieder Frauen waren, Cleaver war einer von nur wenigen, die leitende Positionen innerhalb der Partei innehatten. Cleaver wurde Kommunikationssekretärin und das erste weibliche Mitglied des Entscheidungsgremiums der Partei. Sie diente auch als Sprecherin und Pressesprecherin. Insbesondere organisierte sie die nationale Kampagne zur Befreiung des inhaftierten Verteidigungsministers der Partei, Huey Newton. Kathleen Neal Cleaver gehörte zu einer kleinen Gruppe von Frauen, die in der Black Panther Party prominent waren, Dazu gehörten Elaine Brown und Ericka Huggins.
Der erste große Angriff gegen die Black Panther Party erfolgte in den 1960er Jahren durch das erste SWAT-Team in Los Angeles. Im Laufe der Jahre wurden 1971 fast 30 Mitglieder der Black Panther Party getötet. Cleaver hatte Schwierigkeiten, sich vom Tod so vieler ihrer Kollegen zu erholen, und war emotional vernarbt. Was ihr am meisten geholfen hat, war, an die Wurzel von allem zu gehen, nämlich herauszufinden, woher die Angst und das Trauma kamen. Im Laufe der Zeit gab es eine Gruppe von Frauen aus der Black Panther Party, darunter Cleaver, die sich trafen und diskutierten, was mit ihnen passiert war, ihre Gesundheit wiederherstellten und sich von den Verletzungen und traumatischen Erlebnissen erholten, mit denen sie 1968 konfrontiert waren (im selben Jahr kandidierte ihr Mann für den Präsidenten auf dem Friedens- und Freiheitsticket) Sie kandidierte für den 18. Cleaver erhielt 2.778 Stimmen für 4,7% der Gesamtstimmen und belegte den dritten Platz in einem Rennen mit vier Kandidaten.
Aufgrund ihrer Beteiligung an der Black Panther Party waren die Cleavers oft das Ziel polizeilicher Ermittlungen. Die Wohnung der Cleavers wurde 1968 vor einer Panther-Kundgebung des San Francisco Tactical Squad wegen des Verdachts, Waffen und Munition versteckt zu haben, durchsucht. Später in diesem Jahr inszenierte Eldridge Cleaver einen absichtlichen Hinterhalt von Oakland-Polizisten, bei dem zwei Polizisten verletzt wurden. Cleaver wurde verwundet und Black Panther-Mitglied Bobby Hutton wurde nach dem ersten Schusswechsel bei einer Schießerei getötet. Wegen versuchten Mordes angeklagt, sprang er auf Kaution, um nach Kuba zu fliehen und ging später nach Algerien.
Als Cleaver in die Vereinigten Staaten zurückkehrte, erklärte er, die Schießerei sei ein vorsätzlicher Hinterhalt gegen die Polizei gewesen. Derselbe Autor, der die Nachricht von dieser Behauptung verbreitete, bezweifelte ihre Richtigkeit, weil es im Zusammenhang mit einer untypischen Rede stand, in der Cleaver erklärte: „Wir brauchen die Polizei als Helden“, und sagte, dass er zivile Überprüfungsgremien von Polizeischießereien anprangerte, weil „Es ist ein Stempel für Mord.“ Der Autor spekuliert, dass es eine Auszahlung an das Justizsystem von Alameda County gewesen sein könnte, dessen Richter Eldridge Cleaver nur wenige Tage zuvor eine Bewährung anstelle einer Gefängnisstrafe gewährt hatte; Cleaver wurde zu gemeinnütziger Arbeit verurteilt, nachdem er wegen dreifacher Körperverletzung gegen drei Polizisten aus Oakland angeklagt worden war. Der PBS-Dokumentarfilm A Huey Newton Story stellt fest, dass „Bobby Hutton mehr als zwölf Mal erschossen wurde, nachdem er sich bereits ergeben und seine Unterwäsche ausgezogen hatte, um zu beweisen, dass er nicht bewaffnet war.“Während Kathleen Cleavers Zeit bei der Black Panther Party half sie, Menschen zu ernähren, versorgte Familien medizinisch und brachte Familien mit, um Angehörige im Gefängnis zu besuchen. Sie „half auch bei der Zusammenstellung von Heilretreats für Frauen, die in der Black Panther Party waren, Frauen, die im Untergrund gelebt hatten, die gefoltert worden waren, die ins Exil geschickt worden waren“