Elle s’inscrit parallèlement à l’université de la Sorbonne pour des études d'histoire et de géographie. Après avoir obtenue son agrégation en histoire, elle devient professeur à l’université de Strasbourg. 

À partir de 1941, le couple Aubrac s'installe à Lyon et travaillent. 

Militante et membre du cercle des dirigeants de Libération-sud, elle s'adonne alors, entre ses cours, à de multiples activités clandestines : en juillet 1941, elle contribue à la parution du premier numéro du journal Libération, elle fabrique des faux papiers et aide des résistants à franchir la ligne de démarcation. En mai de la même année, elle donne naissance à son premier enfant Jean-Pierre.

Le 15 mars 1943, son mari, adjoint au général Delestraint, chef de l'Armée secrète est arrêté à Lyon par la police de Vichy et incarcéré à la prison Saint-Paul. Avec une grande détermination, Lucie Aubrac fait pression sur le procureur de la République et parvient à le faire libérer.

Le 21 juin 1943, c'est l'arrestation à Caluire de Jean Moulin et de plusieurs responsables de la Résistance, dont Raymond Aubrac. Incarcérés au fort Montluc, ils sont interrogés sous la torture par Klaus Barbie dans les bâtiments de l'École de santé militaire, devenue siège de la Gestapo lyonnaise.
Lucie, enceinte, monte un coup de main audacieux.
Le 21 octobre 1943, en plein jour, les armes à la main, à la tête d'un groupe franc des Mouvements Unis de Résistance. Elle mène l'attaque de la camionnette de la Gestapo dans laquelle sont transférés Raymond Aubrac et une dizaine d'autres résistants.
Désormais identifié et recherché par toutes les polices allemandes et vichystes, le couple erre de cachette en cachette dans l'attente d'un avion qui les emporte finalement à Londres avec leur petit garçon le 8 février 1944. Quatre jours plus tard, elle accouche d'une  fille qu'elle prénomme Catherine (le prénom qu'elle avait emprunter pour cette mission).

Puis, Lucie Aubrac reprend son métier d'enseignante sans pour autant mettre un terme à son action militante. La décolonisation, l'évolution de la condition féminine, les problèmes de société sont des combats qui la mobilisent à la Ligue des Droits de l'Homme.

À la retraite Lucie Aubrac, infatigable, s'emploie, notamment par d'innombrables conférences dans les établissements scolaires à travers toute la France, à communiquer aux nouvelles générations le sens des valeurs de solidarité, de fraternité et de justice qui firent la grandeur du combat de la Résistance.

Lucie Aubrac qui était vice-présidente d'honneur de la Fondation de la Résistance, s'est éteinte le mercredi 14 mars 2007. Les honneurs militaires lui ont été rendus dans la cour d'honneur de l'Hôtel national des Invalides. 

Son mari écrira aussi un livre « Raymond Aubrac ».