Năm 1933, Phan Tư Nghĩa rời Pháp về nước. Anh bị giam lỏng tại nhà ở Kiến An hai năm, cuối năm 1935, mới lên Hà Nội, bí mật bắt liên lạc với một đảng viên cộng sản mới ở tù ra.

Anh được giao nhiệm vụ cùng một số trí thức yêu nước Võ Nguyên Giáp, Trần Huy Liệu, Khuất Duy Tiến xuất bản tờ báo tiếng Pháp Le Travail (Lao động), đấu tranh đòi quyền dân chủ, dân sinh. Tờ báo chỉ ra được vài chục số thì bị đưa ra Toà Đại hình xét xử, sau đó phải đình bản.

Phan Tư Nghĩa lại được giao đứng ra xuất bản tờ Rassemblement (Tập hợp), tiếp tục công việc của tờ Le Travail bị bỏ dở, chủ trương tập hợp và liên minh các lực lượng dân chủ ở Đông Dương đấu tranh cho các quyền tự do, dân chủ của nhân dân dưới chế độ thực dân Pháp. Sau đó anh tham gia tổ chức Hội nghị thành lập Hội Ái hữu Báo giới Bắc kỳ.[1]

Năm 1937, anh gia nhập chi nhánh Đảng Xã hội Pháp (SFIO) ở Đông Dương cùng với Hoàng Minh Giám, Phan Thanh. Cuối năm 1937, anh và hai người cộng sự ở báo Rassemblement lại bị đưa ra Toà Đại hình Pháp ở Đông Dương xét xử. Nhưng trước lý lẽ của ông Lambert, một luật sư người Pháp khá nổi tiếng, lại được luật sư Hồ Đắc Điềm, "nhà quý tộc lớn, em vợ của vua Khải Định", thành viên của Bồi thẩm đoàn trong vụ xử án này bảo vệ, Phan Tư Nghĩa và hai người cộng sự được xử trắng án.

Ngày 1.5.1938, Phan Tư Nghĩa là diễn giả (cùng Trần Huy Liệu) trong cuộc mít tinh chào mừng ngày Quốc tế lao động tại Nhà Đấu Xảo, Hà Nội. Năm 1944, ông bắt liên lạc được với các đảng viên Cộng sản đang hoạt động trong nội thành Hà Nội và được kết nạp vào Đảng Cộng sản Đông Dương.