1931年，上海中央特科一位核心干部投降敌人，这直接导致整个上海的地下情报网络暴露，党组织得知此事后，马上通知在上海工作的同志们紧急转移、疏散，以保存革命队伍的实力，潘汉年也正是在此时脱离中央特科，转往中央苏区任职。
潘汉年长期在江苏从事地下工作，斗争经验非常丰富，深得党中央的信赖。到了中央苏区之后，他被委派到宣传部门工作，1933年曾代表中共与福建的军阀势力谈判，约定联合反蒋。但可惜的是，由于博古的“右倾保守”，此次合作最终还是未能取得一个令人满意的结果。1934年，潘跟随大部队长征，一路上经历了湘江大战、娄山关大战。
遵义会议期间，博古被取消了领导人资格，中央政治局决定由张闻天同志接手党的一切工作。不过此时中共还受到共产国际的管辖，因此必须要将相关消息告知给共产国际，于是毛主席便派遣潘汉年与陈云两人作为特使，由成都出发前往莫斯科，向共产国际通报党中央更换负责人一事。
到达莫斯科之后，正赶上共产国际召开工作会议，潘汉年与陈云两人便作为中共的代表参会，同时还面见了斯大林同志。1935年，潘汉年完成了所有使命，启程赶回国内，按照预定计划，他应该在当年11月底到达陕北，但奇怪是，他并未如期赶回陕北，一直到第二年的8月，他才赶往党中央驻地报到，期间有9个月时间不知去向。
后来党中央专门找潘汉年了解过此事，潘声称自己奉共产国际的命令，顺道去了南京一趟，以构建统一战线为目的和国府进行了短暂的谈判。但谈判不足以消耗9个月的时间，潘汉年的说法并不能服众，但鉴于他是受了共产国际的委派，因此党中央也没有对他过多苛责，只是让他写了一份检讨了事。
抗战爆发后，潘汉年前往华东继续从事地下活动，与日寇、国民党周旋、斗争，伺机搜集关键情报，协助八路军和新四军作战。在此期间，汪伪政权的一些汉奸主动接触潘汉年，打算弃暗投明。潘汉年在请示了上级之后，开始以中共代表的身份与汉奸进行谈判，并从他们的口中套取到了不少军情机密。
不过后来，潘汉年因为一次意外误入敌人的陷阱，与汪精卫有了一些瓜葛。按照党的纪律，他应当将此事及时上报，但谁都没想到，他因为过于爱惜自己，心存侥幸心理，居然将此事瞒了下来，谁都没有告知，一直到1955年，此事被曝光了出来，潘汉年也随之被逮捕起来进行审查。
毛主席得知此事之后，大感震惊，主席没想到，自己表扬过许多回的潘汉年居然做出了如此不堪的事情，在失望之余，主席下令公事公办，不许徇私枉法。于是乎，潘汉年被押上了被告席，判处22年有期徒刑，并被开除党籍，服刑期间，妻子一直耐心的陪伴在他身边，对他不离不弃，他有好几次都想自尽一了百了，但一想到妻子的笑脸，他又不由自主的打消了自杀的念头，继续坚持活下去。
动荡开始之后，潘汉年被下放到湖南某农场劳动，这进一步加剧了他身体的负担，直接导致他的健康状况恶化。至1976年，他终于病倒了，党中央在经过认真考虑之后，批准他进入医院疗养，但一切都已经晚了，在1977年上旬，他因为多器官衰竭去世。他的妻子因此备受打击，精神愈加萎靡，不久之后也患上了重病，在1978年逝世。值得一提的是，由于潘汉年逝世时还背负着处分，所以没法按照革命烈士的规格下葬，就连火化也用的是化名。直至1982年，他的罪名终于被洗清，他的名誉也得到恢复，党中央将他的骨灰接回北京安葬，并为他补办了肃穆的追悼仪式，以告慰他的在天之灵。
潘汉年是一位杰出的共产主义战士，这一点是毋庸置疑的，他在土地革命、抗战、解放战争中发挥了无可替代的作用，是推动新中国建立的功勋之臣。但他也有自己的固有缺点，这直接导致了他在建国后遭遇危机，最终锒铛入狱。诚然，潘汉年有错，但错不至此，22年的刑期对于一个老革命同志确实是有些太长了，好在党中央后来为他恢复了名誉，免除了一切处分，这对他来说是最好的结局了。