Vào ngày 2/9/1945, bà Lê Thi là một trong hai người phụ nữ tham gia kéo cờ Tổ quốc tại quảng trường Ba Đình, trong lúc quốc dân đồng bào hát Tiến quân ca.
9h ngày 2/9/1945, bà Thi cùng gần 100 chị em phụ nữ tập trung tại Hàng Bông. Họ đi bộ qua Cửa Nam xuống đường Điện Biên Phủ rồi tiến vào Quảng trường Ba Đình.
Chiều cùng ngày, khi Quảng trường Ba Đình đã không còn một chỗ trống, bà Thi cùng một người phụ nữ khác là bà Đàm Thị Loan được lựa chọn làm người kéo cờ Tổ quốc.
"Khi thấy lá cờ Tổ quốc đã được kéo lên trên đỉnh cột cờ, bay phất phới trong gió, lúc đó nước mắt tôi bỗng ứa ra vì xúc động, xen lẫn niềm tự hào. Trên lễ đài, tôi được nhìn thấy Bác Hồ rõ hơn trong bộ kaki giản dị, đi dép cao su, khác hẳn với những vị lãnh tụ mà tôi đã được học trong sách vở", cựu nữ sinh Đồng Khánh từng chia sẻ.
Sau ngày Độc lập, bà Lê Thi hăng hái tham gia cách mạng và tiếp tục con đường học vấn. Năm 1956, bà được cử đi học lớp lý luận cao cấp đầu tiên của trường Nguyễn Ái Quốc (nay là Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh). Tốt nghiệp loại ưu, bà được giữ lại làm giảng viên.
Bà được phong giáo sư triết học, sau đó làm Viện trưởng Viện Triết học Việt Nam. Khi về hưu, bà cùng một số người sáng lập trung tâm nghiên cứu phụ nữ và gia đình, sau này chuyển thành Viện Gia đình và Giới.