1931年3月，顾顺章从鄂豫皖回到武汉后，选择在汉口的德明饭店住下，之后采用“化广奇”的化名，在汉口新市场游艺场表演魔术打掩护。1931年4月24日晚间，正在新市场游艺场变魔术的魔术大师被特务逮捕。被捕的正是中共特科的主要负责人顾顺章，其作为周恩来的副手，主持特科常务工作，而且被选为中央候补委员。

原来是前几天顾顺章从武昌返回汉口时，被叛徒瞧见，随后几天被特务盯上。然而被捕之后，顾顺章的表现出乎所有人意料，还没有经过严刑拷打和威逼利诱，顾顺章竟然很快主动叛变。由于他是特科主要负责人，掌握着上海中央所在地和中央领导人的家庭住址，以及中央其他秘密(土地革命时期，中央和苏区红军是不在一起的，中央在上海办公)。顾顺章的叛变直接将整个中央暴露给敌人。所以顾顺章也被称为中共历史上“最危险的叛徒”。

所幸在敌人中统内部有一把利剑，他就是被誉为“龙潭三杰”的钱壮飞。顾顺章被捕后，主动给中统交代了一些秘密，但核心机密他需要等到达南京后，直接告诉蒋介石。所以先给了特务组织一些武汉方面的情报，对武汉情报组织造成了灭顶之灾。顾顺章被捕后，中统安排他走水路到达南京，给南京的中统负责人徐恩曾发去顾顺章叛变的加急电报，这份电报只能徐恩曾自己译出。

没想到这篇加密电报被徐恩曾的秘书钱壮飞看到。很快钱壮飞将提前截取的情报传递给周恩来。周恩来立马采取紧急措施，抢在特务动手之前，组织中央机关人员转移，和顾顺章认识的有关同志都转移，将和顾顺章有关系东西都切断了。最终等顾顺章到达南京将情报送到徐恩曾手里时候，情报已失去时效性，中统扑了个空。多亏钱壮飞这把利剑，否则中央将遭受灭顶之灾，那将对中国革命造成多大的损失。

作为中央特科的常务负责人，是多少敌人害怕的对象，竟然摇身一变，变成可耻的叛徒。随后，中华苏维埃共和国临时中央政府主席毛泽东亲自签发对顾顺章的通缉令，这也是毛主席一生唯一签发的一张通缉令。然而，顾顺章有特工经验，又有中统特务组织庇护，特科难以对顾顺章采取措施。

投降中统后，顾顺章在中统、军统之间徘徊不定，不受重用，同时又计划组建新的党派，这是蒋介石所不能容忍的，被下令秘密处死。