四一二政變后，１９２７年５月２１日，長沙發生馬日事變。他不顧危險，經長沙前往上海，為黨創辦地下印刷廠，堅持秘密斗爭。１９２８年６月赴莫斯科出席中共六大。９月進入莫斯科中山大學，與徐特立、吳玉章、董必武、林伯渠等編在特別班學習。１９３０年７月從蘇聯學習回國后，在上海負責全國互濟會工作，組織營救被捕同志，將暴露身份的同志轉往蘇區。
１９３１年１１月，他奉命進入中央革命根據地，與毛澤東等參加中央工農民主政府的領導工作。當選為中華蘇維埃共和國中央執行委員會委員，任臨時中央政府工農檢察人民委員、內務人民委員部代部長、臨時最高法庭主席等職。毛澤東高度評價他的革命精神和工作能力，說“叔翁辦事，可當大局”。在中央蘇區，他主持中央臨時政府檢察、內務和最高法庭工作時，事無巨細，均審慎細致，實事求是，注重調查研究，對工作嚴肅認真，一絲不茍。他白天和群眾在田間地頭邊干活邊交談，晚上召集干部群眾座談，了解掌握了大量的第一手材料，發現有相當一部分干部，靠行政命令去推行工作，有的甚至貪污腐化，如不及時克服，將直接威脅蘇維埃政權的鞏固。隨即向毛澤東、項英等中央政府領導匯報，以求及時解決問題。他的審慎作風和務實態度，遭到“左”傾領導者的錯誤打擊。但他始終以一個共產黨員的黨性原則嚴格要求自己，堅持從大局出發，忍辱負重，努力做好組織分配給自己的工作。
１９３４年１０月，中央紅軍主力長征后，何叔衡奉命留在中央革命根據地堅持游擊戰爭，經受了嚴峻的生死考驗。１９３５年２月２４日，從江西轉移福建途中，在長汀突圍戰斗時壯烈犧牲，實踐了“我要為蘇維埃流盡最后一滴血”的誓言，時年５９歲。１９３７年在延安紀念中國共產黨成立１６周年大會上，毛澤東在為犧牲同志默哀的名單中念到何叔衡的名字時，大家莫不為這位黨內的革命長者的犧牲而深感悲痛。
