Đầu tháng 5 năm 1927, Trương Vân Lĩnh bí mật báo cho Nguyễn Ái Quốc thông tin Quốc dân Đảng sắp đến bắt giữ các lãnh đạo Hội Việt Nam Cách mạng Thanh niên. Nguyễn Ái Quốc rời Quảng Châu đi Hồng Kông, nhưng Tổng bộ của Hội bị cảnh sát bao vây, nhiều hội viên bị bắt. Ông một mặt duy trì hoạt động của Tổng bộ, tiếp tục mở các lớp huấn luyện chính trị, quân sự cho thanh niên Việt Nam theo chương trình được Nguyễn Ái Quốc soạn thảo; một mặt viết thư kháng nghị lên chính phủ Trung Hoa Dân Quốc, khiến Tưởng Giới Thạch chấp nhận thư kháng nghị. Tháng 12 năm 1927, Trương Vân Lĩnh tham gia khởi nghĩa Quảng Châu, nhưng thoát khỏi cuộc đàn áp của quân Quốc dân Đảng. Sau khởi nghĩa, ông đấu tranh vận động chính quyền Quảng Châu trả tự do cho những người Việt Nam bị bắt trong khởi nghĩa.