1934年10月，因第五次反围剿的失败，红军决定进行长征。吴仲廉时为中央党校教员，她跟随红一方面军最终抵达陕北根据地。她于1936年10月随西路军西渡黄河，时任职务红九军政治部科长。次年，由于队伍力量不足，吴仲廉所在的支队被俘虏，她和张琴秋等人因被认出身份而被送至南京关押在反省院，后得到营救。