Năm 1934, khi tình hình ở Thượng Hải quá nguy hiểm đối với những lãnh tụ Cộng sản, Cù Thu Bạch về căn cứ Xô viết ở Giang Tây. Khi xảy ra cuộc Vạn lý Trường chinh, Cù Thu Bạch đang bị lao phổi nặng nên phải ở lại căn cứ. Sau khi Hồng quân rút đi vài tuần, quân Quốc Dân Đảng tràn vào vùng Xô viết tàn sát Hồng quân, Cù Thu Bạch bị bắt vào ngày 23 tháng 2 năm 1935, bị tra tấn và dụ hàng nhưng ông vẫn giữ vững khí tiết, 4 tháng sau khi bị bắt, Quốc dân đảng hành quyết Cù Thu Bạch vào ngày 18/06/1935 khi ông mới 36 tuổi. Trong Cách mạng Văn hóa Cù Thu Bạch bị chỉ trích, mộ ông bị đập phá. Cho đến khi thời kỳ Đặng Tiểu Bình lãnh đạo Đảng ông mới được đánh giá lại công lao và khôi phục danh dự.