。1930年初，调任中共山东省委书记。12月，北方局将他调任为中共北平市委书记，当选中共河北省委委员。1931年10月，任国桢出任中共河北省委驻山西省特委书记。到太原后，在中共山西省特委办公地点被捕。11月13日，与中共山西省委书记刘天章、组织部长阴凯卿在太原市小东门外被处决。中华人民共和国成立后，举行安葬仪式，在双塔寺修建烈士陵墓纪念，即今双塔革命烈士陵园。今丹东市内有一条以他名字命名的国桢路。任国桢故居为丹东市文物保护单位。
家庭.任国桢与发妻（姓名不详）育有二子一女。有报