1927年9月，陈独秀躲过国民党的封锁、追缉，悄悄来到了上海。
大革命失败，身边的同志陆续被捕，甚而倒在血泊之中，自己的两个儿子延年和乔年也牺牲在国民党的屠刀下，陈独秀沉痛万分。而自己不得不承受的领导失误之责，也令他苦闷不已。
这时期的陈独秀，一方面就共产党的一些事务发表自己的看法，反思这么多年的经验教训；一方面又回到了贯穿他一生的书生生活，又开始了关于文字学方面的研究。至此，他虽然与中国共产党又有几度交集，包括他后来被捕出狱与延安方面的接触，但他再也没有回到共产党内，而是渐行渐远，直至没有任何联络。
1932年秋，在上海隐居了5年的陈独秀被国民党上海当局抓获。由于陈独秀的名气实在太大，在国内的影响可是非同一般，如果在上海进行相关审判，上海当局也不知要怎样才好，于是，上海方面连夜将陈独秀押送到南京。在被押往南京的火车上，因为前途未卜，同时被捕的好几个同志都紧张得彻夜未眠，陈独秀却一会儿就呼呼大睡，鼾声大作，貌似这是一次旅行一样。
这是陈独秀一生中的第四次被捕。就像他的每一次被捕一样，这次被捕也引起了国内的轰动，同时，社会各界朋友如蔡元培、胡适等知识分子又一次展开了援救和说情活动，而不少律师更是自荐愿意免费为他提供辩护。
作为曾经的社会思潮的引领人物，在正式开庭审判的日子里，来监狱拜访的名流络绎不绝。以前的同事和朋友自是不在话下，甚至包括一些国民党的高官，因仰慕陈独秀，都前来拜访他，纷纷向他表示敬意。这真是少有的奇观。
1933年4月中旬，审判开始。虽陈独秀无钱也无意请辩护律师，但最终老友章士钊担任了他的辩护律师。不过，在法庭上，老友章士钊的辩护却没得到陈独秀的同意和支持。
老友章士钊明白国民党当局以“叛国罪”起诉的深层含义，于是，他就以陈独秀领导下的共产党与国民党的合作推动国内革命，以及现在陈独秀与中国共产党的疏离，说明陈独秀有利于国民党，指控的叛国罪因此也根本没法成立。章士钊的辩护显然是一种策略。
可就在章士钊结束辩护词时，陈独秀站了起来，当场申明：章士钊的辩护，是他的意见，而非我陈独秀本人的意见。他的说法不算，而要以我自己的说法为准。于是，他开始自我的辩诉。这就是历史上著名的陈独秀的“辩诉状”。
辩诉状里，他指斥国民党的种种罪恶，且他一反章士钊所辩护之“实有利于国民党”的说法，直陈自己就是反对国民党政府。但是，又指出，反国民党政府就等于是背叛民国吗？反对一个执政党及其组建的政府，就是叛国？如果这样的说法成立的话，那国民党领袖孙中山、黄兴等人反对清政府、袁世凯的北洋政府，他们岂不是叛了两次国？
陈独秀的慷慨凛然和鞭辟入里的辩诉状，引起法庭上的一片叫好声，弄得法官讪讪讷言。
最终，经过多次审判，指控的“叛国罪”没有成立，法庭以一个似是而非的罪名“以文字为叛国之宣传”判处陈独秀有期徒刑8年。
刑期已定，陈独秀被关押在南京老虎桥45号监狱。
幸好国民党政府对他算是优待，监狱的居住条件较其他犯人都要好。他在里面既可以读书写作，也可以会见亲友。大革命失败后，他潜伏上海期间认识的伴侣潘兰珍每天都可以到监狱里照顾他的生活。较好的生活和学习研究条件，他将监狱当成了研究室，又开始了他的书生生涯，又继续于文字学的研究。
1937年全面抗战开始，陈独秀在多方的努力下，被释放出狱。此后，国民党曾想资助他一笔钱让他成立一个新的政党，被他拒绝；又是许他高官，他更是不理。他说，自己不会向国民党妥协，因为国民党杀害了他的两个儿子。同时，他也拒绝了朋友如胡适的叫他到国外写传记的建议。
他随向大后方撤离的人群来到了武汉。其间，与共产党内叶剑英等有过接触，但双方的分歧依旧，陈独秀最终没有选择回归共产党。
不依附于任何党派、团队的陈独秀，开始了为抗日的鼓与呼，就当时形势和应对提出了个人的看法。曾经的思想领袖，又一次以文人的方式，为祖国奉献了自己的思想。
1938年，日军逼近武汉，陈独秀带着家人向西撤到重庆，最终落脚在了江津这个县城。此时的陈独秀只能靠自己微薄的稿酬维持一家人的生活，处境十分艰难。偶尔有北大友人的财物支持，他会收下，但其他朋友的资助，他一概拒绝。国民党方面也曾想资助他，但被他严词拒绝。
困苦的生活并没有阻止陈独秀的思考，他时刻关注和思考着当时中国、世界的局势。这一次，他选择了“重回五四”，回到了“科学”与“民主”。他坚信，以后的世界政治格局，当是以宪政民主的国家建构为方向。
1942年初夏，陈独秀已经是重病缠身。患有高血压的他，听说蚕豆花泡水喝可以治疗高血压，就叫潘兰珍去摘了一些回来泡茶喝。结果，部分蚕豆花沤烂了，以致他喝下去后肚子胀得难受。这样的状况持续了两三天，身体似乎稍微好了一点点。这天，当年的同志、多年的朋友包惠僧来拜访他，他很是高兴，就多吃了点久违了的四季豆炒肉，结果饭后呕吐不止，从此一病不起。
1942年5月27日，陈独秀在昏迷中离世。
