Com o Golpe de Estado no Brasil em 1964 e a deposição do presidente constitucional João Goulart, Dinarco entrou na clandestinidade e organizou a resistência contra a ditadura, rejeitando a estratégia de luta armada para derrubar os militares do poder. Por ser integrante do Comitê Central do PCB, Dinarco exilou-se novamente como recomendação de preservação da direção, uma vez que entre 1973 e 1975 um terço do CC foi assassinado pela repressão e milhares de militantes foram submetidos à tortura. Com a abertura lenta e gradual, a promulgação da Lei da Anistia em 28 de agosto de 1979, Dinarco Reis retornou ao país.