上海五卅惨案发生的第二天，陈延年主持召开广州市党团员大会，决定迅速发动群众进行反帝斗争，声援上海人民。随后，陈延年又主持广东区委会议，决定发动香港和广州沙面租界工人大罢工。1925年6月，由中共广东区委陈延年、苏兆征、邓中夏等领导的震惊中外的省港大罢工开始了。省港大罢工共坚持了16个月，直到1926年10月胜利结束。

    在国共合作的大革命中，以陈独秀为首的党中央对国民党右派的进攻，采取了妥协退让政策。陈延年坚决反对，他以中共广东区委的名义报告党中央，要求中央坚决抛弃对国民党右派的妥协退让政策，并表示虽然自己和陈独秀是父子关系，“但我是共产党员，我坚决反对妥协退让的右倾机会主义错误。”1927年4月，陈延年赴武汉参加党的五大时，中央任命他接任中共江浙区委书记，他当即转赴上海，途中上海发生四一二反革命政变。陈延年虽未能出席党的第五次全国代表大会，但是仍被大会选为中央委员和政治局候补委员。

    1927年6月，中共中央撤销江浙区委，分别成立江苏省委和浙江省委，陈延年任中共江苏省委书记。在极为严重的白色恐怖笼罩下的上海，陈延年和赵世炎等不顾危e9e1957a险，部署工作，寻找失散的同志，恢复和重建党的组织，积极开展斗争。6月26日，陈延年遭国民党军警逮捕。敌人为了得到上海中共党组织的秘密，对陈延年用尽酷刑，将他折磨得体无完肤，逼迫他供出上海党的组织。但陈延年以钢铁般的意志，严守党的机密，宁死不屈。敌人无计可施，从他身上得不到任何东西，遂残忍地将他杀害。

    1927年7月4日晚，国民党反动军警将他押赴刑场。面对敌人的屠刀，他昂首挺胸，视死如归。敌人令他跪下，他巍然屹立，毫不理会。几个敌人强把他按下去。但敌人刚一松手，他一跃而起。敌人恼羞成怒，再一次将他强按在地，以乱刀残忍地将他砍死，牺牲时年仅29岁。