围剿苏区的封锁线，无法进入，只好取道杭州返回上海。1月7日共产国际米夫主持中共六届四中全会，未通知林育南参加。全会把王明推上中共的最高领导岗位。1931年1月8日，林联系多名党员，在党内发表《告同志书》，反对由王明掌握中共最高领导权。17日，林在同何孟雄、李求实等反王明派党员会面时在上海汉口路东方旅社被逮捕。2月7日与包括左联五烈士以及何孟雄在内的24位共产党员与同情者，在上海龙华警备司令部看守所被枪杀，时年33岁。亦怀疑林育南等人的暴露，有可能是出自王明等人的策划。林育南在上海公开身份是归国南洋富