１９２３年６月，林育南赴廣州出席中共三大，８月到南京出席中國社會主義青年團二大，當選為團中央委員、團中央秘書、組織部長，并兼任《中國青年》主編。１９２５年１月起任中共中央職工運動委員會委員，到上海從事工人運動的領導和組織工作。１９２５年７月起任全國總工會上海辦事處秘書長。１９２６年９月起任中共湖北區(qū)委宣傳部部長。１９２７年１月，他參與主持召開湖北省總工會一大，任大會秘書長，被選為湖北省總工會宣傳主任。１９２７年４月至５月，他出席在武漢召開的中共五大，被選為候補中央委員，１９２７年６月任全國總工會執(zhí)委會委員兼秘書長、宣傳部部長。

１９２７年大革命失敗后，林育南在湖北轉入地下斗爭，先后任中共湖北省委常委兼宣傳部部長、中共湖北省委代書記。１９２７年底赴上海，任中共滬東區(qū)委書記。１９２９年１１月在上海參與籌備第五次全國勞動大會，他繼續(xù)被選為全國總工會執(zhí)委會委員，任編輯委員會負責人、秘書長，主持日常工作。１９３０年起林育南任全國蘇維埃區(qū)域代表大會中央準備委員會秘書長。

１９３１年１月１７日，林育南同何孟雄、李求實等在上海被國民黨反動當局逮捕。在獄中，林育南經受住了敵人的嚴刑拷打，寧死不屈，對黨忠誠，同敵人進行堅決斗爭，保持了共產黨員的堅定立場和崇高品格。１９３１年２月７日，林育南與何孟雄等２４位共產黨員與革命者，在上海龍華英勇就義，時年３３歲。