1933年2月27日,由于叛徒的出卖,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。敌人以为钓到了“大鱼”,对他严刑逼供,逼他交出党的组织,说出党的机密。面对牺牲,毛福轩坚贞不屈,面不改色,怒斥敌人:“要杀就杀,不必多言”。1933年5月18日,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。”1959年6月,毛泽东回到韶山,在接见烈士 遗孀 贺菊英时又说:“毛福轩同志为革命牺牲是光荣的。” “毛福轩同志为革命牺牲是光荣的。”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。