1930年代初，陈独秀在上海被捕，一时间，“陈案”震动全国。一些极右分子呼吁国民党中央“立即处决”，他被押赴南京，如同押赴刑场，可是，他在沪宁线车上，还呼呼酣睡，一时传为佳话。还有一些人感念他对新文化的贡献，或敬佩他在学术上的成就，或尊重他的人格，纷纷进行营救工作，这是完全离开党派之见了，如蔡元培，柳亚子，林语堂，胡适，蒋梦麟，扬杏佛……以不同的方式争取公开审理，反对暗箱操作，军法从事，宋庆龄还专程赶到南京，对蒋介石施加压力。在开庭时，陈发表了义薄云天，气壮山河的演说，他丝毫没有争取从宽处理的打算，而是抓紧机会进行一次政治斗争，他居然为自己建立共产党，要解放工农，要推翻反动政府的正义性作辩解。章士钊大律师义务为之辩护，多少有争取从宽的语言。陈立即说：“这话不代表我。”他以刚烈的性格演出了法庭史上罕见的一幕。
　　陈被判刑13年。后又减为8年。来狱中看望陈独秀的人很多，胡适和他政见不一，时有争论，但感情深厚，多次从北京来，送来吃的，用的和书籍，一次胡适路过南京，来信说：“不及看望。”陈大发脾气，大有绝交的样子。后来胡关怀甚多，他又非常内疚。
　　陈托胡适设法把《资本论》译成中文，胡适认真操作，不久来信报告进展情况，叫他放心。在押期间，出版了《陈独秀文存》第九版，蔡元培居然为这个在押的共党要犯写序。陈在狱中最大的快乐是读书，朋友送来一批小说，他没有兴趣，而是认真研究马恩，托洛茨基和经济学，历史，文学学等书籍。抗日战争爆发后，日机经常轰炸南京，陈独秀那间牢房的屋顶被炸塌了，他躲在桌下幸免于难。后来日寇兵临城下，蒋介石想放陈出去，要求其写一份书面检查，陈坚决拒绝。蒋很尴尬。胡适出使美国，临行时致函蒋氏，吁请释放陈独秀，这给蒋一个台阶，送胡一个人情。陈出狱，陈立夫，陈果夫立即宴请。他们传达蒋介石的意见，聘请陈出任劳动部部长之职。陈独秀即发言：“……他叫我当部长是假，叫我点缀门面是真，他杀了我们多少同志，包括我的两个儿子，把我关了许多年，……这不是异想天开吗？但是，今天国共合作抗日，在抗日的工作上，我可以和蒋先生合作。”胡适邀请陈赴美进行著书立说，他认为此时前去是不光彩的，对胡的从政也很不快。南京沦陷前，陈独秀来到武汉，董必武前来拜访，并对他说：“鄙人受中共中央之托，专程而来，欢迎你回党工作。”象蒋介石一样，也要求他写个书面检讨。陈说：“回党工作是我所愿，惟书面检查，碍难从命”。又说：“时至今日，谁有过，谁无过，在未定之数，有什么好写呢！”

　　当时，他演说、撰文，大声疾呼团结抗日，强调“国家利益高于党派利益”，康生突然在《团结》周刊上诬说陈独秀是日本特务，陈不服，武汉大学校长王星拱等九位知名人士在三家报上撰文，也为他辩诬，沈钧儒先生在《大公报》上撰文，也为陈独秀鸣不平。一些居心不良之徒起哄，破坏团结抗日的局面。周恩来多次托人请陈独秀以大局为重进行克制。徐特立从长沙赶来武汉“调解”，陈独秀有些感动。徐特立宣称：“问题解决了。”但陈独秀说：“我看永无解决之一日。”
　　陈独秀树大招风，各色人等不断来访，还有国民党特务监视，深感武汉是是非之地，加以日机不断轰炸，在友人的帮助下西去重庆，又上朔90km，到达江津县，后来陈独秀又离开江津县城这个大量难民涌入的嘈杂之地，到了山村鹤山坪，这是一个四周高山林立，人迹罕到的地方。
　　没有想到，陈独秀到了哪里哪里就成了国人注目的去处。许多北大校友来看望老师，一些人要资助他生活费用，如罗家伦、朱家骅等等，陈独秀对所有在国民党政府任职者分文不收，尽管他们说这是学生对恩师的心意。陈独秀说：“你们的心意我理解，但是我收了之后话就说不清楚了。”
　　周恩来也曾前去拜访，说：“你这儿太苦了。还是到延安去吧。”陈独秀说：“回党工作是我所愿，但是，我不会被人牵着鼻子走的，何必以后再搞得不欢而散呢。”周说：“我驻重庆，到重庆有什么事，我负责安排。”
　　陈独秀做得认真，所以晚景凄苦，常常无米下锅，看到一些农家贫困，更为不安，总是说：“我创建共产党，就是为了他们，可现在……”
　　由于贫病交加，陈独秀亡故于1942-5-27日，享年63岁。