1927年5月20日，中共中央常委决定陈延年不再回广东，由彭湃、穆青、黄平、赖玉润、阮啸仙等组织广东省委。陈延年接任江浙区委书记后，赵世炎任中共江浙区委常委、组织部长。他们几乎每天都见面，一起研究和决定问题。为了工作的方便和陈延年的安全起居，干脆，赵世炎于5月下旬的一天，向妻子夏之栩建议陈延年住到自己的家里。
夏之栩听说陈延年要住到家里来，十分高兴。赵世炎说：“延年同志是一个只知道工作，不知道生活的人，工作起来常常废寝忘食。他来了，可得要多多照顾他的生活啦！”夏之栩笑着说：“当然，这样一个好同志，怎能不好好照顾呀！”当天，夏之栩把三楼一间空房子打扫干净，并简单地布置了一下，等着延年同志的到来。
第二天中午，赵世炎陪着延年来了。陈延年身穿一件旧中山装，提着一个小皮箱，大步地走了进来。“这是延年同志。”赵世炎介绍道。夏之栩也好奇地看着客人，他就是延年同志吗？怎么一点不像乔年呢？陈乔年文质彬彬，皮肤白白的，不注意，还以为是公子哥呢！可陈延年皮肤黑，身体壮，不像是个读书人，倒像一介武夫，干粗活的。但陈延年憨厚朴素的样子，给夏之栩留下了深刻的印象。这两个儿子与他们的父亲陈独秀，一点也不像啊！
寒暄了几句，赵世炎和夏之栩把陈延年送到三楼的房间去。上了楼，陈延年高兴地说：“太好了。”他把提包打开来，取出一块手绢，揩擦脸上的汗。这时，夏之栩看见，陈延年的提包，有几件旧衣服，此外，就是一些书籍。陈延年一面揩汗，一面从口袋里掏出几张钞票，约三四十元，递给夏之栩，笑着说：“我不会管生活，在这里有吃有住就行，这些钱交给你支配好了。”
夏之栩不知所措，不知道该接不该接，只好望着丈夫。赵世炎笑了，对妻子说：“他的话是真的，你拿着吧。他的吃、穿问题都由你负责好了。”这时，夏之栩发现，陈延年穿的衣服已经不合季节。天气已到了夏天，在上海这样的大都市，他穿这套旧中山装，也不适应环境。穿不合时令的衣服，一看就不是本地人，很容易引起特务的怀疑啊！
当天，夏之栩上街，为陈延年准备了夏衣以及一些日用品。接过夏之栩买的衣袜，陈延年笑着说：“我夏天从不穿袜子，还是给世炎穿吧！”陈延年工作夜以继日，赵世炎经常劝他：“大陈，你要注意身体啊！”陈延年笑着说：“不要紧，我能挺得住。”
6月26日上午，北施高塔路恒丰里一〇四号（现山阴路六十九弄九十号）上海区委所在地，王若飞、陈延年、郭伯和、韩步先等人正在开江苏省委成立大会。上月中旬，中央常委决定王若飞继续担任中央秘书厅主任。不久，王若飞赴上海。王若飞走后，中央常委于5月29日决定任作民暂代其职务，瞿景白、陈昭礼担任记录等工作，黄玠然（原名黄文容）专任陈独秀的秘书。
这是一幢砖木结构的三层楼石库门新式里弄住宅，建造于去年。新房子竣工后，上海区委在这里开办党校。这里也是上海工人举行第二次武装起义的指挥所。会议上，王若飞传达了中央的任命，陈延年任江苏省委书记、郭伯和任组织部长、韩步先任宣传部长。中央决定赵世炎到中央工作，所以没有安排他在中共江苏省委任职。
就在这时，陈延年接到报告，一位交通员被捕了。在这之前，有一个流氓混进了党内，并且当了上海某区区委书记，导致这位交通员的被捕。这位交通员知道这个秘密处所，陈延年和王若飞决定，立即结束会议，迅速转移。
下午三时，恒丰里一〇四号暗处，陈延年等人观察周围动静，见没有什么异样，便冒险进门，焚烧办公室内许多秘密材料，以防止给党带来更大的损失。他想，也许这个交通员没有叛变呢！他决定今后不再来这里了。刚坐下不久，上海警备司令杨虎派大批军警包围了这里，陈延年掩护了两名同志跳窗、从屋顶上逃走，自己抄起椅子奋力和扑上来的敌人搏斗，直到筋疲力尽。搏斗中，延年的白色衬衫被扯破，划破了皮肤。结果，陈延年、郭伯和、韩步先等四人被捕。
杨虎，字啸天，生于1889年，祖籍安徽宁国，曾任孙中山总统府的卫士队长，1927年4月12日，蒋介石发动反革命政变。杨虎任国民革命军总司令部特务处处长。
交通员叛变了，但他并不认识陈延年。当时陈延年身穿短衣，裤腿上扎着草绳，自称是受雇到这里做工的，名叫陈友生，没有暴露自己的身份。敌二十六军对待陈延年像对待普通的共产党员一样，押往龙华监狱。陈延年怀着一线希望，给五马路亚东图书馆汪孟邹写信，请他代想办法营救。陈延年写道：“我某日在某处被捕，现拘押在市警察局拘留所。我是工人，不会有多大嫌疑，现在我的衣裤都破烂了，请先生给我买一套衣裤送来。”落款“陈友生”，指陈独秀这个老朋友的孩子。
与此同时，赵世炎、王若飞等同志也在想方设法营救陈延年，甚至和敌办案人员谈妥，交八百元放人。
盛夏的一天，刚刚租下上海极司斐尔路（万航渡路）四十九号甲的一幢楼房的胡适，被一阵急促的敲门声弄得心神不定，开门一看，是满头大汗的汪孟邹。他将延年写的纸条递给胡适，请他设法营救。
今年春，胡适从国外回到日本，然后回到国内。因为张作霖杀了李大钊，他心中没有底，没有敢回北大，而是在上海住下。胡适见了延年的信，说：“我一定营救。”尽管凶多吉少，他还是答应试试帮忙。胡适和蒋介石没有私人关系，他想到了吴稚晖。吴稚晖是陈独秀的朋友，数年前，吴稚晖还帮延年、乔年赴法留学。
吴稚晖刚回上海，见了胡适的信，暗暗欢喜起来。1921年秋天，蔡和森、陈毅、李立三等一百零四名留学生为争夺中法里昂大学与吴稚晖等闹矛盾，被押送回国，此后，陈延年逐渐脱离吴稚晖的无政府主义影响，转向共产主义。对此，吴稚晖恨在心头，想不到，陈延年今天栽到自己的手里来了。吴稚晖马上给上海国民党警备司令杨虎写信“祝贺”：“今日闻尊处捕主逃生匡乏三二生三年，‘其人发生额下，厥状极陋’，示觉称快。先生真天人！如此之巨憝就逮，佩贺之至。陈延年之恃智肆恶，过于其父百倍……适返沪，以匆促未能奉谒，谨驰贺大成功。”
陈延年的身份暴露了，加上韩步先叛变，陈延年蒙混出狱的希望破灭了。蒋介石在获悉逮捕陈延年的消息后，致电国民党二十六军政治部，“深堪嘉许”，并指示需“切实讯明为要”。7月4日夜，延年被捕后的第九天晚上，敌人将他秘密押赴龙华刑场。
在高墙下，刽子手要陈延年跪下受刑，但陈延年宁死不屈。刽子手强迫陈延年跪下，就在松手抽刀的一瞬间，五花大绑的陈延年突然蹦起，他不愿意跪着死。刽子手惊慌失措，一刀未砍着颈项，在陈延年痛苦地挣扎时，刽子手们一拥而上，一起将陈延年按倒，以乱刀将他砍死。
次日，上海《申报》刊出《铲除共党巨憝》，披露了吴稚晖给杨虎的信件。汪孟邹见报，如五雷轰顶，脸色煞白。胡允恭解放后写文章说：解放前夕，我到亚东购买旧书，当面问过汪孟邹。他很不安地回答说：“这件事不堪再谈了：总之，是我毕生难忘的罪过。”
延年牺牲后，敌人造谣说陈延年在监狱中曾写悔过书。郑超麟知道，这是敌人对烈士的侮辱。延年牺牲后，董必武称赞延年是“党内不可多得的政治家”。斯大林称陈延年为天才政治家。
听到哥哥延年牺牲的消息，在武汉的陈乔年悲痛万分，泪流如雨，几天不能入睡。哥哥从小和自己一起长大，如今，哥哥为了主义，为了理想，走在自己的前面了。他将仇恨集中到了蒋介石的身上，集中到了国民党反动派的身上。和他在一起工作的同志发现，延年牺牲后，乔年的活泼的性格变了。许多时间，听不到他开玩笑的声音，他常常一个人默默地努力工作，不多和别人说话了。