1930年12月初，陈潭秋同志与团省委书记王鹤寿同志一起，到哈尔滨参加中共北满特委扩大会议，在部署和领导纪念广州暴动三周年活动时被捕。他先被敌人押送到道里警察署受审，然后又被转到中东路护路军司令部军法处拘留所羁押。1931年2月被判刑后，关押在哈尔滨道外监狱。陈潭秋等同志以拘留所、审讯室、监狱为特殊的战场，与敌人展开了不屈不挠的斗争。

在狱中，陈潭秋同志表现出共产党员的优秀品质，以超人的毅力，承受了惨无人道的肉体折磨，用鲜血和意志同敌人抗争。他立场坚定，对党无限忠诚，严守党的机密，并且领导狱中的同志们，通过各种途径与狱外党的组织建立了联系，狱中的情况经常向党报告，狱外的情况，党又经常传送进来。陈潭秋把狱中的王鹤寿、唐宏经等共产党员组织起来，在狱中建立了党组织，形成了一个战斗的集体，同敌人斗争。每次受刑后，他都鼓励狱中的同志要坚持斗争，严守党的机密，并教同志们对付敌人酷刑的方法。他还以革命的乐观精神鼓励狱中的同志，他告诉狱中同志：“当敌人灌凉水时，要把嘴张开，要用嘴呼吸，以免呛水……”号召大家在狱中尽可能地锻炼身体，以待出狱后迎接新的战斗。陈潭秋等同志在敌人面前所表现出的不屈不挠的斗争精神，深深教育和感染了狱中的其他同志，使绝大多数同志经受住了严峻的考验。

经过党组织的多方营救，陈潭秋等同志于1932年7月获释出狱。回到革命队伍之后，陈潭秋同志以高昂的斗志，全身心地投入到新的革命洪流中。