出獄后，周以栗任中共中央長(zhǎng)江局軍事部長(zhǎng)，１９３０年９月以中央代表的身份到中央革命根據(jù)地。同年１０月任紅一方面軍總前委委員、總政治部主任，參加了中央革命根據(jù)地第一、二次反“圍剿”斗爭(zhēng)。１９３１年６月，周以栗被增補(bǔ)為蘇區(qū)中央局委員，擔(dān)任中共閩贛邊界工委書(shū)記。

１９３１年１１月，中華蘇維埃共和國(guó)第一次全國(guó)工農(nóng)兵代表大會(huì)在江西瑞金召開(kāi)，周以栗被選為中央執(zhí)行委員，并擔(dān)任臨時(shí)中央政府內(nèi)務(wù)人民委員。同時(shí)，他還兼任紅軍總前委組織部長(zhǎng)，紅軍中央軍事政治學(xué)校政治部主任，紅中社負(fù)責(zé)人，臨時(shí)中央政府機(jī)關(guān)報(bào)《紅色中華》主筆等職。

１９３４年１０月，中央紅軍長(zhǎng)征，周以栗因病不能隨大部隊(duì)行動(dòng)，黨組織決定安排他去上海治病。１１月，在轉(zhuǎn)移途中被國(guó)民黨軍包圍，突圍時(shí)壯烈犧牲，時(shí)年３７歲。

長(zhǎng)沙市望城區(qū)橋驛鎮(zhèn)文化站站長(zhǎng)謝曉付告訴記者，周以栗故居目前是區(qū)一級(jí)文物保護(hù)單位，望城區(qū)已經(jīng)立項(xiàng)，將重修周以栗故居。