Il rentre clandestinement au Salvador où il devient l'un des dirigeants du Parti communiste récemment fondé. En 1932, le général Maximiliano Martinez renverse le gouvernement et instaure une dictature militaire. Un mouvement de résistance principalement constitué de paysans indigènes s'organise, dont Martí, pour son expérience au Nicaragua, compte parmi les meneurs. Pourtant, si les rebelles parviennent initialement à prendre quelques casernes, l'insurrection échoue et la répression fait près de victimes. Martí est jugé avec quelques autres rebelles et fusillé. Mais son attitude courageuse pendant le procès, où il tente de retourner les responsabilités politiques vers ses accusateurs et de décharger ses compagnons de leurs responsabilité dans le soulèvement pour leur éviter l'exécution lui vaut une grande réputation posthume.