1927年5月中共五大被选为中央候補委员，隨後任中共湖南省委代理书记1927年参加南昌起义，周恩来派郭亮到贺龙国民革命军第二十军做政治工作。起义部队在潮汕地区失利后，郭亮经香港到上海找到党中央。1927年12月任中共湖北省委书记；1928年1月任中共湘鄂赣边特委书记，化名李材，在岳州以“李记煤栈”老板身份开展工作。由于遭到举报，1928年3月27日在岳阳被捕，3月29日押回长沙後在“铲共法院”被审，郭亮在法庭上说：“我承认我是郭亮，你们就可以杀了，不必多问。”当天下午被处决。临刑前，郭亮写了一封留给妻子李灿英的遗书：“灿英吾爱 亮东奔西走 无家无国 我事毕矣 望善抚吾儿 以继余志 此嘱 临死日 郭亮” 郭亮死後其头颅先後悬于长沙司门口示众三天，随后挂在铜官东山寺（今郭亮寺）戏台楹柱上，被家属及支持者抢下后请皮匠缝合在遗体上，并在颈项上裹上红绸，秘密葬于郭亮早逝的大哥郭砚章的墓穴中。