Bài thơ gồm hai phần. Phần đầu (sáu dòng) nói về niềm khao khát tự do. Phần hai (bốn dòng) thể hiện khát vọng hành động, tháo cũi sổ lồng. Ý thơ bắt đầu từ tiếng chim tu hú, như nhan đề bài thơ đã nêu lên: Khi con tu hú. Đó là tu hú kêu, tiếng kêu vang suốt cả bài thơ, ra ngoài bài thơ, vang mãi. Tu hú kêu báo hiệu mùa hè. Người bị giam trong tù, khép kín giữa bốn bức tường kín mít. Chỉ còn có âm thanh là mối liên hệ với bên ngoài: chỉ có tiếng chim, tiếng chuông, tiếng bước chân, tiếng rao đêm... là báo hiệu cuộc sống bên ngoài. Tự nhiên, âm thanh bên ngoài trở thành biểu tượng của cuộc sống tự do.

Cả bài thơ xây dựng trên hình ảnh âm thanh đó. Âm thanh không chỉ là tiếng kêu. Trong âm thanh thường có cả một thế giới hoài niệm gắn liền với âm thanh ấy. Chẳng hạn khi nghe một giai điệu bài hát, người ta dễ dàng liên tưởng tới cái thời gian và không gian mà người ta say mê với bài hát ấy. Cũng vậy, khi tiếng chim tu hú gọi bầy cất lên làm hiện ra trong tâm trí tác giả một thế giới đồng nội thân thuộc:

Khi con tu hú gọi bầy
Lúa chiêm đang chín, trái cây ngọt dần
Vườn râm dậy tiếng ve ngân
Bắp rây vàng hạt đầy sân nắng đào
Trời xanh càng rộng càng cao
Đôi con diều sáo lộn nhào từng không...

Khung cảnh và chi tiết đúng là của đồng nội vào vụ tháng năm, tháng sáu: lúa chín, trái chín, tiếng ve, ngô vàng, nắng tươi, trời cao, sáo diều bay lượn. Nhà thơ chứng tỏ một tâm hồn thơ đầy ắp ấn tượng về thôn dã. Nhưng hồn thơ còn chứa đựng một điều kỳ diệu. Ấy là sự liên tưởng tạo thành một phản ứng dây chuyền. Tiếng chim gọi bầy, gọi lúa đang chín và trái cây đang ngọt dần, biết bao là hương vị. Rồi thì bóng râm và dậy tiếng ve ngân — một vầng âm thanh xao xuyến ngập tràn thính giác. Bắp vàng và nắng đào đẫy sân gợi lên ánh sáng chan hòa và màu sắc rực rỡ. Cuối cùng âm thanh gợi ra một không gian cao rộng tự do: Đôi con diều sáo lộn nhào từng không...

Đây là đỉnh điểm của sự tưởng tượng. Tâm hồn nhà thơ như cùng đang bay lượn, nhào lộn trong không gian cao rộng ấy. Khó có thể hình dung đây là cảnh tượng có thật được nhìn bằng mắt, bởi tác giả đang ở trong tù. Đây chỉ có thể là tấm ảnh mở ra trong một tiếng chim: Ta nghe hè dậy bên lòng Mà chân muốn đạp tan phòng, hè ôi! Nhà thơ thì thầm với mùa hè, đây cũng là một hình ảnh mới. Mùa hè của tự do, của nồng nàn, của đam mê. Tiếng kêu của chim tu hú đến đây trở thành tiếng gọi của tự do. Ngột làm sao, chết uất thôi Con chim tu hú ngoài trời cứ kêu!

Hai câu kết đã thể hiện niềm khát khao tự do đến cháy bỏng, đến đỉnh điểm. Sự tương phản của cảnh trời tự do và nhà tù giam hãm đã thôi thúc thêm niềm uất hận, muốn phá tan nhà tù. Con chim cứ kêu nghĩa là tiếng gọi tự do không bao giờ thôi, nghĩa là ý chí vượt ngục luôn luôn thường trực. Bài thơ kết thúc với một sự nung nấu ý chí hành động, một tâm trạng nhức nhối, bồn chồn, một tâm sự không thể ngồi yên, khoanh tay. Điều thú vị là Tố Hữu đã kết thúc chuỗi ngày tù ngục của mình bằng hành động vượt ngục. Con chim cách mạng ấy đã cất cánh tung bay.

Từ bài thơ Từ ấy đến bài thơ Khi con tu hú, ta thấy Tố Hữu làm thơ rất thành thực, thơ đốt lên tự đáy lòng, không chút màu mè, kiểu cách, tỉa tót. Thơ ông truyền cảm bằng thứ tình cảm chân thật của chính mình.