危难之际，王一飞协助周恩来主抓军事工作，并以中央军委代表的身份参加了八七会议，会后被派往鄂北指导秋收暴动的准备工作。虽然这次暴动未能实现，但他在鄂北播下了革命种子，扩大了党的影响，为后来鄂北革命斗争的发展奠定了基础。
１０月中旬，党中央派王一飞和罗亦农前往长沙，负责改组中共湖南省委，并任命王一飞为中共湖南省委书记。根据中央指示，湖南省委决定举行长沙暴动，由王一飞任总指挥。曾与王一飞在一起工作的刘英回忆：“在准备长沙暴动的日子里，一飞同志亲自积极组织联系，到处奔忙，辛苦万分，但他精神饱满，意气风发，并经常不断地鼓励我们。”
１２月１０日，长沙暴动的枪声打响了。但由于敌我力量对比悬殊，暴动未能成功。长沙暴动失败后，白色恐怖再次笼罩长沙城。反动当局疯狂地搜捕共产党员和革命群众。１９２８年１月１１日，由于叛徒告密，王一飞不幸被捕。
１月１８日，王一飞高呼“中国共产党万岁！”“工农暴动万岁！”的口号英勇就义。王一飞牺牲后，没有留下任何财产，只给妻子留下两人合拍的照片和两人往来的５１封书信。
