大跃进运动中的失误，他质疑“主席有没有斯大林晚年的危险？”遭毛定性为「走资派」和「彭、黄、张、周反党集团」成员，被撤销中共湖南省委第一书记职务，保留省委委员，10月2日到湖南浏阳县的大瑶人民公社接受劳改，担任公社党委副书记。1962年6月调任广州，任中国科学院中南分院副院长。在文化大革命期间遭到批斗。1966年12月26日（毛泽东73岁生日），周因不堪人格和人身的侮辱，服安眠药自杀身亡。1979年2月15日中共中央恢复了他的名誉。