1937年7月，抗日战争全面爆发，国共两党组成抗日民族统一战线，共产党终于可以公开活动和发展组织了。张子霞抓住有利时机，于1937年底从沅江新港回到益阳兰溪。他经常到农民家里访贫问苦，与贫苦农民广交朋友，启发他们的思想，提高他们的政治觉悟。经过两年多的串连发动，恢复了兰溪地区的党组织，党员发展到100余人。1939年冬，上级党组织委任张子霞为常益中心县委委员、中共兰溪区委书记。

　　1941年初，由张子霞倡仪，党组织在兰溪办起了一个文化服务社，一方面经营各种进步书刊，宣传抗日；另一方面，共产党人以此为据点，开展党的工作。

　　1941年农历正月初六，张子霞召集兰溪区党的主要负责人到书社开会，研究发展党的武装力量的问题。为了响应党的号召，会议决定，秘密联络同志，组织队伍，伺机夺取国民党华林、宝积、枫树三乡和兰溪镇警察所的武装。第二天，张子霞带着这个经过组织讨论决定的计划到长沙向上级党组织汇报。他去长沙不过三天，党内就出了叛徒，许多革命同志被捕。敌人没有抓到张子霞，便到处悬赏缉拿。由于风声紧急，他的三哥赶到长沙告诉他，党内出了叛徒，催他赶快去湖北。此时的张子霞，表现出了大无畏的英雄气慨。他冷静地说：“不要慌，我不能这么做，共产党员在关键时刻就是要挺身而出！”他三哥焦急地说：“我是专为你的安全而来呀!”张子霞说：“我是共产党员，要忠于党的事业。现在，有党的同志被捕了，我必须回去营救。关键时刻，只图个人活命，就是背叛党，背叛革命！”

　　于是，他不顾个人安危，立即检点行李连夜返家，准备安排同志们撤离。可是就在张子霞回家的第二天，敌人就诱捕了他。被捕入狱后，子霞意识到即将面临一场严峻考验。果然，轮番的审讯开始了。敌人问：“你是共产党员张子霞吗？”“不错，我就是张子霞，我就是共产党员!”张子霞答道。敌人嚎叫：“你不怕死吗？”张子霞正气凛然地回答：“怕死不当共产党，真正的共产党员是不怕死的。”敌人的威逼失败了，便对他施加各种毒刑。但他泰然自若，坚不吐实。70多天过去了，敌人一无所获。他侄儿给他送衣服时，发现他身上的内衣和血肉沾在一起，脱不下来，侄儿见此，泣不成声。张子霞却无限深情地对侄儿说：“我宁愿牺牲自己，也决不能出卖同志，更不能玷污党的声誉。我为革命而死，死得其所。为千百万人民而死，死有价值。我死后，你要踏着我的血迹，为全中国、全人类解放事业而奋斗。”1941年3月，灭绝人性的刽子手将张子霞五花大绑，和田琼台、胡炳勋、冷曙阶4人押往七里桥白马山，推进一个早已掘好的大土坑里活埋。临刑时，张子霞高呼：“一人倒下去，万人站起来！”“打倒国民党反动派！”“中国共产党万岁！”