面对上海险恶复杂的形势，1933年初，中共[ZhongGong]临时中央从上海迁往中央苏区。按中央的部署，陈潭秋夫妇也随中央一起前往江西，但徐全直正处于临产期，只能等把孩子生下来后，才能去苏区，夫妇俩没办法同行，陈潭秋只好先匆匆踏上了赴中央苏区的征途。不久，徐全直在医院里生下了第3个孩子。孩子生下后，徐全直先把孩子寄养在一个湖北同乡姓潘的人家里。

　　1933年6月20日上午，徐全直到党的秘密联络点上海厦门路56号办理去苏区的事宜，谁知这个联络点早已被国民党[GuoMinDang]破坏。当徐全直发现有异常情况，准备脱身时，被埋伏在那里的国民党[GuoMinDang]特务抓了起来。她先被关押在国民党[GuoMinDang]上海市公安局的监狱里。审讯时，徐全直声称自己叫黄世英，是从湖北乡下来上海投亲访友的，瞒过了敌人，没有暴露真实身份。不久，她又被押往南京宪兵司令部关押。

　　在国民党[GuoMinDang]的法庭上，徐全直慷慨激昂地揭露监狱当局任意虐待犯人、克扣犯人伙食的卑鄙行径。在监狱中，她利用放风的机会联络同志，鼓励难友坚持斗争[DouZheng]，她常对狱中难友说：“不能做对不起党的事情，到了这里就要准备把自己的生命贡献给党。”为了改善政治犯的生活条件，徐全直还秘密串联狱中的党员，团结其他难友，向狱方提出了改善政治犯待遇的条件，并举行了绝食斗争[DouZheng]，最后，迫使狱方不得不同意他们提出的条件。

　　在徐全直被捕后，徐全直的母亲十分焦急，后来通过徐全直父亲的好友范某，找到了当时任国民党[GuoMinDang]浙江省主席的张难先，让张难先出面帮忙。最后，国民党[GuoMinDang]当局答应先把徐全直送反省院进行反省，然后看其表现再确定能否保释。然而，徐全直识破了敌人的阴谋，她向父亲的好友范某表示：“宁为革命死，绝不去反省院。”

　　最后，国民党[GuoMinDang]当局竟以“拒绝坦白自新，侮谩公职人员，妨碍他人自新，不可理喻”的罪名，改判徐全直死刑。1934年2月1日深夜，徐全直在南京雨花台被杀害，年仅31岁。徐全直牺牲后，共产党的同情者把她的遗体埋葬在南京水西门外，并立了一块墓碑，上面写着：“古复（即湖北沔阳）徐全直女士之墓”。

　　徐全直牺牲后，陈潭秋十分难过。又过了8年，直到1941年底，陈潭秋才与新疆八路军办事处机要秘书兼译电员王韵雪结了婚。1943年9月，陈潭秋与毛泽民、林基路等被新疆军阀盛世才杀害。此时，他与王韵雪的儿子才两个多月。

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