En marzo de 1933, tras el Incendio del Reichstag, fue presentado junto con Carl von Ossietzky y Ernst Torgler a la prensa extranjera por Rudolf Diels, luego juzgado y condenado basándose en el Decreto del Incendio del Reichstag. Tras su liberación de la infame cárcel de Bautzen, se trasladó a España, donde desde julio de 1936 participó en la Guerra Civil Española con las tropas republicanas, en la columna de apoyo Thälmann y, a partir de noviembre de 1936, en el Estado Mayor de la XI Brigada Internacional, donde tuvo una destacada participación en la Batalla de Guadalajara. Entre 1937 y mayo de 1938 estuvo en el Estado Mayor de la 35.ª División Internacional. Tras la derrota de los republicanos en España, Renn se fue al exilio en México a través de Reino Unido y EEUU. En México trabajó como presidente del movimiento «"Freies Deutschland"» y promocionó el esperanto.