গ্রেপ্তার থেকে মুক্তির পর পুনরায় বিপ্লবী কর্মকান্ডে অংশ নেন। ১৯৩০ সালে চট্টগ্রাম অস্ত্রাগার আক্রমণে বিশেষ ভূমিকা পালন করেন। জালালাবাদ পাহাড়ে ব্রিটিশ সৈন্যদের সঙ্গে দীর্ঘক্ষন যুদ্ধে করার পর গ্রেফতার এড়াতে পালিয়ে যান। ১৯৩২ এর ১৩ জুন ব্রিটিশ সৈন্যরা সূর্য সেন ও প্রীতিলতাসহ অন্যান্য বিপ্লবীদের ধরতে সাবিত্রী চক্রবর্তীর বাড়ি ঘেরাও করে। সৈন্যদের সাথে গুলিবিনিময়ের সময় সূর্যসেন ও প্রীতিলতা পালিয়ে যেতে সক্ষম হন। নির্মল সেনের সঙ্গী অপূর্ব সেনের গুলিতে ব্রিটিশ অফিসার ক্যাপ্টেন ক্যামেরুন নিহত হন। সংঘর্ষে গুলিবিদ্ধ হয়ে মারা যান নির্মল সেন।