新四军实权在项英手里，叶挺虽身为军长却无力改变，项英的拖延，让叶挺心里异常痛苦。他曾悲愤地将心事对同志们倾诉说：“中央三令五申，要我军北上。可是，项英就是不听!部队迟迟不动，中央是怎样看法呢？会不会认为是我叶挺恋战不去？处在这种境地，我好像夹在两个轮子中间的一粒小沙子，很不好过呵!我的心与党贴在一起，可我为什么老是碰到这样的难题呢？”
叶挺的困难，项英置之不理。还是在中央的督促之下，1941年1月初，项英才正式批准部队北移。
但时机已晚，顾祝同早已调集了7个师的兵力，在新四军转移的道路上设下重重埋伏，对我形成了大包围之势；国民党顽固派还故意泄露我军北移路线，暗示日军对我军进行截击。
1月7日，新四军越过丕岭，进至星潭，突遭国民党顽军两个营阻击，叶挺力主趁顽军主力尚未赶来，先打掉这小股敌人，冲出包围圈。但项英却在形势瞬息万变的情况下开始了长达7个小时的会议研究这个问题，最后竟然决定改向西南方向退却，企图通过高岭出太平进入黄山。项英的这一错误决定，丧失了战机，给新四军带来了致命的后果。
8日早饭后，部队向南行动。但因新四军五团在高岭受到顽军七十九师的阻击，突围不出去，只好折向茂林方向打出一条血路，仍由铜陵、繁昌北渡。此时，蒋介石下达了“一网打尽，生擒叶项”的密令，顽军采用前堵后追、两翼夹击的战术，对新四军缩小了包围圈，而新四军折转往返，已消耗了不少体力，在这生死攸关的时刻，项英见形势不妙，吓得钻到山沟沟里“打游击”去了。在这种情况下，叶挺独自担负起动员和指挥部队作战的责任。他看到中共中央拍来的要求全军服从叶(挺)饶(漱石)指挥，用游击方式到达苏南的电报，激动地表示：“党中央和毛主席是信任我们的。为了国共团结，民族生存，我一定要尽力挽救这一民族危机，赴汤蹈火，在所不辞!”
9日晚，叶挺率领部队转移到石井坑低地，在此收容失散人员，欲凭天险固守。一连多日，虽然打退顽军多次进攻，但弹尽粮绝，饥寒交迫，新四军处境极为困难。12日下午，顽军发动疯狂总攻，敌人集中强势炮火，对山头猛烈攻击，新四军的阵地相继失守。13日黄昏，东流山制高点被敌攻占，使得新四军完全处于敌人火力控制之下。叶挺下令大家向四面八方分散突围，他鼓励部队说：“革命的烈火是永远扑不灭的，留得火种在，不怕不燎原。”，新四军在浴血奋战9昼夜之后，终因寡不敌众，除傅秋涛率2000余人突出重围外，大部牺牲或被俘。叶挺受中共中央东南局副书记饶漱石的委托，下山与国民党军谈判，被国民党顽固派非法扣留。
蒋介石炮制了皖南事变后，诬蔑新四军为“叛军”，下令取消新四军番号，并扬言将叶挺“革职”，“交军法审判，依法惩治。”
对于国民党顽固派一手制造的皖南事变的滔天罪行，全国人民无比气愤。党中央采取了坚决回击的方针，决定重整新四军军部，任命陈毅为代理军长，张云逸为副军长，刘少奇为政治委员，赖传珠为参谋长，邓子恢为政治部主任，以此抵制国民党顽固派妄想取消新四军的反动军令。中共中央、中央军委还发表了谈话与文件，揭露皖南事变的真相。中央军委严正提出了我党关于解决皖南事变的12条办法，要求立即恢复叶挺自由，继续令其担任新四军军长。在重庆，周恩来组织记者招待会，揭露事情真相，并代表党中央向国民党当局提出严正抗议，并在《新华日报》上发表了“为江南死国难者志哀”一诗：“千古奇冤，江南一叶；同室操戈，相煎何急!？”所有这些，对被捕的叶挺来说都是最有力的支持。对于叶挺在皖南事变中的英勇表现，周恩来曾高度评价说：“在皖南事变时他(叶挺)是非常英勇的，想以个人的牺牲来保存革命的力量，比某些共产党员表现还坚决。”
从1941年1月到1946年3月，叶挺开始了长达5年的牢狱生活，他曾经被国民党反动派先后囚禁于江西上饶、四川重庆、湖北恩施及广西桂林等地。面对国民党反动派的百般折磨和威迫利诱，叶挺始终坚贞不屈，并在逆境中坚持英勇斗争，充分展现了一个真正的共产主义战士的崇高气节和大无畏的革命品质。
即使在如此困难的处境之下，叶挺仍然念念不忘其他被俘的新四军干部。他利用敌人对自己“优待”的机会，尽力照顾他们，同时又激励教育他们坚持斗争。当时周恩来经常通过各种渠道送些钱物给叶挺，但都被顾祝同强行扣押，叶挺与顾祝同据理力争，终于迫使他归还了一部分。叶挺便将这些钱给被囚的新四军干部购置衣服、蚊帐等物，他借送东西给被囚干部的机会，在里面夹带一些写有“我在此很好”和“团结一致，斗争到底”的纸条，激励战友们坚持斗争到底。他常对一些被俘干部说：“你们是受党和新四军的教育，不要辜负党的期望，要坚持斗争到底!”为了坚定大家的斗志，他还向同志们表示：“不管怎样，我是决不会做出任何对党不利的事情!”
在叶挺被囚禁于重庆期间，蒋介石便对叶挺进行诱导，只要答应写一个声明，说皖南事变是共产党的责任，就可以委任叶挺为第六战区副司令长官，甚至当司令长官也可以。叶挺当即表态说：这些事情现在不谈，要首先谈释放新四军的人。蒋介石大叫：你的人都是共产党，不能释放。叶挺马上予以批驳：不敢对部下负责的人，怎能做委员长的部下!蒋介石无言以对，嚷道：“算了!算了!”狼狈离去。
为了让劝降者死心，叶挺在被囚期间，用自己的生命和血，写下了不朽的《囚歌》：
为人进出的门紧锁着，
为狗爬出的洞敞开着，
一个声音高叫着：
——爬出来吧，给你自由!
我渴望着自由，
但也深深地知道——
人的躯体怎能从狗洞子里爬出!
我希望有一天
地下的烈火，
将我连这活棺材一起烧掉，
我应该在烈火与热血中
得到永生!
叶挺在狱中的行为受到党内人士的高度赞扬，大家想方设法救他出狱。
1945年5月8日，日本帝国主义投降后，毛泽东与周恩来、王若飞等从延安赴重庆，与蒋介石就国内和平问题进行谈判。谈判期间，毛泽东、周恩来一再与蒋介石交涉，要求立即释放叶挺及其他被扣共产党人。经过反复的斗争，终于迫使蒋介石答应释放叶挺。
1946年3月4日，被扣押长达五年之久的叶挺，终于获释了!出狱后，国民党当局给叶挺一套军官呢制服，要他穿上。叶挺鄙视地说：“我不换!我要穿着新四军发给我的军衣回去。”当天下午6时多，在参政会秘书长邵力子陪同下，叶挺回到重庆中共代表团住处，受到董必武、王若飞、邓颖超、陆定一、博古、廖承志等人的热烈欢迎。在代表团住处周围，到处张贴着“欢迎叶挺将军”、“叶挺将军是人民军队的光荣”等大红标语，门前的街道上挤满了想一睹“北伐名将”风采的人们。人们燃鞭放炮欢迎获释的将军，1939年叶挺全家合影于澳门贾伯乐提督街76号家中。叶挺十分激动地与大家握手、拥抱，真是感慨万千。一大批新闻记者也闻讯赶来向他采访，他当场对记者们说：“中国人民的事业，不是哪一党哪一派可以做完的，希望大家来为民主团结而努力。”他还严正要求国民党当局继续释放其他被扣的新四军干部、战士。当一位记者问他今后有什么打算时，他不假思索地说：“除了为人民外，还有什么？!”
在欢迎会上，叶挺激动地说：在这五年零两个月的时间里，我想得很多。我总结了过去的经验，我认识清楚了，只有中国共产党才能领导中国走向一个和平、民主、富强的国家，也只有毛泽东同志的思想才能正确地指导中国人民走向一个和平、民主、团结的局面。这些话表达了他为党工作的渴望与决心。
当时，周恩来回延安汇报工作，不在重庆。不久，周恩来从延安回到重庆，叶挺知道后，赶往机场迎接，并主动向周恩来来检讨自己在皖南事变中的责任，并请求党中央尽一切努力把还在押的新四军人员解救回来。周恩来心中十分感动，紧紧地与叶挺抱在一起。
经过长期的革命实践与考验，使叶挺对党、对共产主义事业有了更加深刻的认识，他出狱后第二天，立即致电党中央，请求加入中国共产党，电文说：
毛泽东同志转中国共产党中央委员会：
我已于昨晚出狱，决心实现我多年的愿望，加入伟大的中国共产党，在你们的领导之下，为中国人民的解放事业贡献我的一切。我请求中央审查我的历史是否合格，并请答复。
叶挺
三月五日
3月7日，党中央复电了：
亲爱的叶挺同志：
五日电悉，欣闻出狱，万人欢腾。你为中国民族解放与人民解放事业进行了二十余年的奋斗，经历了种种严重的考验，全中国都已熟知你对民族与人民的无限忠诚。兹决定接收你加入中国共产党为党员，并向你致热烈的慰问与欢迎之忱。
中共中央
三月七日
看到中央这么快就来电接纳了自己，叶挺激动万分。后来，在《新华日报》刊登的《叶挺同志说明入党志愿》的专题报道中，叶挺表白了自己要求入党的心迹。他说：“在失去自由的五年零两个月当中，有很多的时间可以考虑既往的事情。出狱后的第二天就请求加入中国共产党，是经过五年多考虑的结果。第一，我参加革命已有相当长的时期，个人有许多朋友、部下都牺牲了。他们是为中国人民的幸福而牺牲的。个人对几次由于自己个人或别人的错误而对党造成的损失感到痛心。他们的牺牲精神又给我很大的鼓励，所以我觉得应该继续他们的精神，走他们未走完的道路。……第二，如果说为中国人民的幸福而努力工作，当然我也考虑过真正为中国人民的幸福而努力的是哪个政治集团。在我五年多的考虑中，我认为只有中国共产党的同志能贡献其全部力量为中国人民来工作。在我失去自由的环境中更能深刻了解这一点。所以在我囚禁的期间，我就有了这个决心：如果我能自由了，一定要继承牺牲了的同志们的精神，重新加入共产党，贡献我全部的力量，来为中国人民服务。”
叶挺回到党的怀抱之后，急切地要求党给他分配工作。党中央体谅他的心情，派他跟随周恩来作为共产党军队代表，在重庆参加国共谈判的三人军事会议。4月8日，他和王若飞、邓发、秦邦宪等人，同乘专机赴延安述职。
然而那天，延安天气恶劣，细雨纷飞，雾霭低沉，仿佛预示着悲剧的来临。叶挺他们所乘的飞机飞抵延安上空后，因云浓雾大，无法降落，只好返航。在返回途中，飞机迷失了方向，误向晋绥边区飞去，以致撞到了海拔2000余米的黑茶山，飞机坠毁，机上人员全部遇难。他的夫人李秀文、长女杨眉、幼子阿九也同时蒙难。
噩耗传来、全党、全国人民都陷于巨大的悲痛之中。一连多日，延安以及全国各地举行了一系列的悼念活动。
毛泽东在延安追悼“四八”烈士大会的挽联上题道：“为人民而死，虽死犹荣。”周恩来在悼文中说：“希夷你是人民的队伍的创造者，北伐抗战，你为新旧四军立下了解放人民的汗马功劳。十年流亡，五年牢监，虽苍白了你的头发，但更坚强你的意志。”新四军军长陈毅在他的长诗《哭叶军长希夷同志》中写道：“……沉默寡言，深沉不露，令我忆君之丰采。勇迈绝伦，倜傥不群，令我忆君之将才。胸无城府，光风霁月，令我忆君之天真如孩提。我佩君忠贞不屈，服务人民，不愧革命家的气概。”“我只希望你的遗风长存，化育无数后继之英材。”
伟大的共产主义战士叶挺永远活在人民的心中!
