1921年7月30日晚，代表们举行第六次会议。会议刚刚开始，却受到暗探和法国巡捕的突然搜查。代表们迅速撤离会场后，李汉俊以房主的身份，从容对付敌人盘问，化险为夷，用智慧和胆识保卫了中共一大会议的安全，为会议的圆满结束做出了突出贡献。

1922年元旦节，李汉俊在上海《民国日报》上发表了《中国底乱源及其归宿》和《我们如何使中国底乱源赶快终止？》，运用唯物辩证法的观点，深刻剖析了中国政治和经济制度，提出了结束中国混乱必须实行社会主义的根本主张。“中国要进化到社会主义，只有直接向社会主义走去的一条路；中国底混乱又要中国进化到社会主义才能终止；我们要使中国底混乱赶快终止，自然非努力使中国赶快走上社会主义的路上不可了。中国底同胞！努力罢！”

李汉俊因与陈独秀、张国焘在一些问题上有意见分歧，于1922年离开了中共中央，参加武汉地区的党团工作。1927年4月，“四一二”反革命政变后，李汉俊旗帜鲜明地主张讨伐蒋介石，以合法身份坚持与国民党反动派作斗争，掩护了一批尚未暴露的共产党员、共青团员和进步人士从容转移，并将被捕入狱的共产党员和积极分子二三百人全部营救出狱。

1927年12月17日下午5时，武汉卫戍司令、反动军阀胡宗铎派军警包围了李汉俊、詹大悲的住所，以“湖北共产党首领”的罪名逮捕了他们。面对荷枪实弹的士兵，李汉俊痛骂国民党右派背叛孙中山的三大政策，屠杀工农群众，是一群披着人皮的禽兽！9时许，李汉俊、詹大悲惨遭敌人杀害。

毛泽东于1952年为李汉俊的家属签发了《革命牺牲工作人员家属光荣纪念证》，并题：“李汉俊同志在大革命中光荣牺牲，丰功伟绩永垂不朽！”

李汉俊是中共创立时期最有影响力的政治家、思想家之一，积极宣传马克思主义和十月革命，在党的创建过程中起到了重要作用，后虽脱党，但仍积极投入国民革命。共产国际驻华代表马林曾说，李汉俊是中共“最有理论修养的同志”。