大量党员被捕入狱，山本被捕，不久后保释出狱在家疗养。同年6月从日本警察的监视下逃脱，秘密前往苏联。1936年2月，与野坂参三联名发表《致日本共产主义者的信》（），向日本国内的日共党员传达共产国际关于建立人民民主统一战线的方针。1937年，山本悬藏在大清洗中被内务人民委员部被捕。1939年被认定为间谍，在莫斯科秘密处决，其妻被流放西伯利亚进行劳动改造。1992年苏联解体后，苏联共产党和第三国际的秘密文件相继被公开，人们在其中发现了野坂参三秘密告发山本悬藏的文书。此发现的资料由小林峻一、加藤昭在《周刊之