起义军撤离南昌之后，8月30日，发起攻打会昌战斗，李硕勋、周士第指挥第二十五师浴血奋战，率先攻入城中。9月，起义军进入广东境内，第二十五师转归第9军副军长朱德指挥，驻守三河坝，构筑工事，准备阻击两广军阀的进攻，掩护起义军主力进占汕头。第二十五师以梅江为天堑，苦战三昼夜，击退敌人数十次进攻，歼其3000多人。由于敌我力量相差悬殊，部队严重减员，起义军遂撤出战斗。

    此时得知，攻打汕头的起义军作战失利，且无法与之取得联系。于是，由朱德、周士第、李硕勋三人组成的前敌委员会，在分析敌情后决定，起义军“穿山西进，直奔湘南。”10月下旬，进入湖南境内。为尽快与中央取得联系，朱德派李硕勋返回上海，向中央汇报工作。

    1927年10月，李硕勋回到上海，向中央汇报了起义军情况之后，被留在上海做党的地下工作，任中共江苏省秘书处秘书。在此后的三四年间，他先后在上海、武汉、杭州、南京等地来往奔波，担任过中共浙江省委军委书记、江苏省委军委书记等重要职务，1930年还当选为中共中央军事委员会委员。他参与领导了红十四军、十五军、十七军的组建工作，为我党早期武装力量的建设，进行了卓有成效的工作。

    1931年5月，中央为了更好地开展两广的武装力量建设，任命李硕勋为两广省委军委书记、红七军政治委员。他乘船赶赴香港。此时，海南岛的革命武装斗争取得了较快发展，两广省委决定，派李硕勋去海南，主持召开琼崖游击队负责人军事会议，并指导海南扩大武装斗争。

    8月，李硕勋抵达海口，住进得胜沙路中民族店。正当他与当地党组织接通联系并准备召集军事会议时，由于叛徒出卖，8月13日，他在旅店被国民党密探逮捕。

    在狱中，李硕勋以共产党人视死如归的坚贞品格和不屈意志，经受住了一次次严刑拷打。他自知敌人手辣心狠，为了不连累家乡亲人，他改名李世勋，改籍贯为四川宜宾，并做了牺牲准备。

    9月5日，国民党琼山县宪兵队将已被打折双腿的李硕勋押赴海口市东较场行刑。李硕勋站不起来，被人用竹箩抬到刑场。他大义凛然，高昂起不屈的头颅，面20bc905c对国民党宪兵队，大声高呼“打倒蒋介石！”“中国共产党万岁！”从容就义。时年28岁。