1925年3月起，杨殷任全国铁路总工会广州办事处顾问。上海“五卅”惨案发生后，参与组织和领导省港工人大罢工。1927年12月，参与领导广州起义，负责总指挥部参谋团的工作，任广州苏维埃政府肃反人民委员。1928年11月起任中共中央政治局委员、常委。1929年1月起任中共中央军事部部长、中央军委委员、中央军委主任兼中共江苏省委军事部长。
1929年8月24日，由于叛徒告密，杨殷与彭湃等同志在上海被捕。他们自知敌人决不会放过他们，便在给党中央的信中说：“我们已共同决定临死时的宣说词了。我们未死的那一秒以前，我们努力做党的工作，向士兵宣传，向警士宣传，向狱内群众宣传。”表现了一个共产党员至死不渝的理想信念和一心为党为革命的崇高风范。1929年8月30日，杨殷等人被秘密杀害于上海龙华。
