Phạm Trung Thứ còn có tên là Phạm Khắc Thứ, Phạm Khắc Trung. Ông sinh trưởng trong một gia đình nông dân nghèo ở làng Thượng Đồng, bờ Bắc sông Đáy, tỉnh Ninh Bình. Thời gian này, phe chủ hòa, do vua Tự Đức cầm đầu đã thắng thế. Quân Pháp phải rút khỏi các tỉnh Bắc Kỳ do chúng đánh chiếm năm 1873, nhưng vẫn cho bọn tay chân như Tạ Văn Phụng, Tiên Viên tập hợp bọn lưu manh, thổ phỉ và những giáo dân quá khích gây nhiều vụ bạo loạn, dọn đường cho quân Pháp đánh Bắc Kỳ lần thứ hai. Vì vậy Phạm Trung Thứ không nhận chức tước của triều đình Huế.

   Tháng 7 năm 1885, Nguyễn Thiện Thuật được giao lãnh đạo cuộc kháng chiến Bãi Sậy. Nhận được tin trên, Phạm Trung Thứ liền đến Bãi Sậy gia nhập lực lượng vũ trang do Nguyễn Thiện Thuật chỉ huy.

   Trong suốt mấy năm tham gia nghĩa quân Bãi Sậy, Phạm Trung Thứ đã có nhiều công lao trong việc đánh địch, bảo vệ căn cứ và mở rộng địa bàn hoạt động của nghĩa quân sang Hải Dương, Bắc Ninh, Quảng Yên. Cuộc chiến đấu ở Bãi Sậy gặp nhiều khó khăn, khó có điều kiện phát triển, Phạm Trung Thứ trở về làng Thượng Đồng cùng với các ông Đỗ Công Thiềm, Phạm Văn Sắt, Phạm Văn Thu, Nguyễn Thế Thị, Phạm Kim Thảo lập thành bộ tham mưu hoạch định kế hoạch khởi nghĩa. Các ông là những người có uy tín ở các huyện phía bắc tỉnh Ninh Bình nên vừa hô hào nhân dân khởi nghĩa thì toàn bộ trai gái Thượng Đồng kể cả những người cao tuổi đã nhiệt liệt hưởng ứng. Các ông cũng trưng tập thợ rèn các nơi về rèn vũ khí, các kho lương được thành lập. Nghĩa quân được các ông chia thành cơ ngũ, huấn luyện kỹ năng chiến đấu. Để giành thế chủ động, Phạm Trung Thứ và bộ Tham mưu quyết định khởi nghĩa. Sau khi làm lễ Tế cờ, đích thân Phạm Trung Thứ chỉ huy một cánh nghĩa quân tiến đánh huyện lỵ Phong Doanh, bắt tên tri huyện Nguyễn Quỹ đưa về đình làng Thượng Đồng xử tội. Không để cho giặc kịp trở tay, Phạm Trung Thứ đưa quân về đánh chiếm tỉnh lỵ Ninh Bình. Nhưng quân Pháp cho quân đón đường chặn đánh, nghĩa quân vừa chiến đấu vừa rút về làng chốt giữ cứ điểm, đắp cao lũy đất, rào thêm tre, đào nhiều hố chông, cạm bẫy để diệt địch. Quân Pháp bao vây làng, không dám tiến đánh, chỉ ở xa bắn súng vào, triệt đường tiếp tế. Chỉ sau khi do thám lực lượng quân sự trong làng và cách bố phòng của nghĩa quân, ngày 10/12/1889, quân Pháp nã đại bác rồi tấn công vào làng Thượng Đồng. Một cuộc ác chiến đã xảy ra, nghĩa quân ít súng đạn nhưng lợi dụng địa hình mình quá quen thuộc và vũ khí thô sơ để đánh địch. Khi quân giặc tiến đến sát lũy đất, Phạm Trung Thứ lệnh cho nghĩa quân bắn vào bọn xâm lược Pháp và phát loa gọi lính tập quay súng bắn vào giặc Pháp trở về với chính nghĩa. Công tác địch vận có kết quả, nhiều lính tập chĩa súng lên trời bắn chỉ thiên. Quân Pháp không vào được làng mà còn bị thương vong nhiều phải rút quân. Giặc Pháp điều động lực lượng đánh phá núi Nể, làng Thượng Đồng, Phạm Trung Thứ phải chia nhỏ quân đội chống càn quét, bảo vệ nhân dân. Bọn giặc tràn vào Thượng Đồng, đốt phá nhà những gia đình tham gia nghĩa quân, tịch thu gia sản, ruộng đất của họ.

   Trước sự khủng bố ác liệt của giặc, nghĩa quân tan rã, Phạm Trung Thứ lẩn tránh 10 năm mới trở về làng Thượng Đồng. Giặc dụ ông ra làm quan, ông không ra, mở trường dạy học. Đỗ Công Thiền cũng không hàng giặc, được nhân dân giúp đỡ ông trốn tránh, đến khi tuổi già mới trở về làng.