１９３３年初，上海党组织遭到严重破坏。２月２７日，由于叛徒出卖，毛福轩被国民党特务秘密逮捕。他被敌人作为“要犯”，先关押在上海监狱，后押解至南京。敌人对他进行严刑逼供，他始终坚贞不屈。他在遗书中写道：“余为革命奋斗牺牲，对于己身毫不挂虑”。１９３３年５月，毛福轩在南京雨花台英勇就义，时年３６岁。
毛泽东后来称赞毛福轩为农民革命家，并赞叹他的精神：“一个农民出身的同志，学习和工作那样努力，一直到担任党的省委委员的工作，是很不容易的。”曾在上海党中央担任领导工作的周恩来赞扬毛福轩是一个优秀的共产党员。
湘潭市地方史志研究学者何歌劲说：“毛福轩同志是勇敢的农民运动领导人，他对党和革命事业忠诚，他是人民的坚强战士，也是家乡群众的榜样和楷模。”
