Réélu à la Convention nationale, il devint membre du Comité de constitution et du Comité diplomatique. Au Procès de Louis XVI, il demanda la ratification par le peuple du jugement de la Convention nationale; se prononça pour la culpabilité du roi et pour la peine de mort, sans sursis. Armand Gensonné est un des plus modérés parmi les Girondins et on lui reprochera, au moment de son procès, un mémoire adressé au roi la veille du 10 août 1792 et ses relations avec Charles François Dumouriez. Il demanda des poursuites contre les auteurs des massacres de Septembre (1792).