1933年5月15日在上海法租界不幸被捕，被叛徒供出了真实身份。在狱中，他以一个共产党员的钢铁意志挺住了敌人的残酷摧残。监狱地下党支部通过难友对邓中夏说：“同志们很关心你，你有什么打算？”邓中夏听后激动地说：“请你告诉大家，就是把邓中夏的骨头烧成灰，邓中夏还是共产党员。”

　　他给同志们上党课，讲马列主义，讲共产党员的理想和气节，讲工人运动。他在自己生命的最后时刻，给党中央写了一封信，深情地说：“同志们，我快要到雨花台去了，你们继续努力奋斗吧！最后胜利终究是我们的！”

　　1933年9月21日的黎明，邓中夏从容地穿好衣服，大声高呼“打倒国民党！”“中国共产党万岁！”“全世界无产阶级联合起来！”向刑场走去。临刑前，宪兵问“你还有话吗？”邓中夏回答：“对你们当兵的人，我有一句话说，请你们睡到半夜三更时好好想一想，杀死了为工农兵谋福利的人，对你们自己有什么好处？！”敌人害怕邓中夏同志进行革命宣传，命令立即开枪，就这样，在雨花台下，邓中夏为共产主义事业英勇地献出了年仅39岁的生命。