判决后，牛兰夫妇被送至南京市中心老虎桥的江苏第一模范监狱监禁服刑。1933年4月5日，宋庆龄亲率“中国民权保障同盟”代表团赴南京，与国民政府交涉，并亲自到江苏第一监狱看望牛兰夫妇，劝他们进餐，把苏联共产国际的关怀之意转达给牛兰夫妇。牛兰的儿子在宋庆龄的帮助下，由德国人赫尔兹收养，并于1936年乘船前往苏联海参崴。抗战爆发后，1937年8、9月间，日军飞机开始轰炸南京，江苏模范第一监狱也有中弹。1937年11月，日军占领上海之后向南京逼近，国民政府以“驱逐出境”为名，释放牛兰夫妇。牛兰夫妇前往上海