潘文郁的进步行为引起了北京特科的注意，特科调查了潘文郁被捕后的表现，认为他虽被胁迫白首，但拒绝供出党组织，更不跟随特务去指认工作关系，并且继续研究宣传马克思主义。陈赓曾对北京特科创始人吴成方传达周恩来的指示精神：特科与阴险、狡猾的敌人打交道，在不损害党的利益的原则下，什么方式都可以采取，要利用所有可以利用的人为党工作。

　　此时，新成立的北京特科急需人才，潘文郁被党开除的灰色身份更有利于参加特科，吴成方派特科成员周怡去做潘文郁的工作。周怡是中共北平地下通讯站的联络员，后长期工作在周恩来身边。潘文郁明白了周怡的来意后，内心多少有些迟疑。周怡儒雅潇洒，待人温和而真诚，化解了潘文郁心中的疑虑和恐惧。潘文郁表示愿意重新为党工作，只要党还信任他。

　　潘文郁见到吴成方后，吴成方认真分析了当时形势，指出：北京特科是在上海中央特科遭受灭顶之灾，特科成员遭逮捕、杀害的情况下组建起来的，环境远比过去恶劣得多，各地共产党人大批被屠杀、关押，你在敌人手里有案底，再回来工作，风险可能比以前还大，要有心理准备。

　　对于这个问题，潘文郁已经严肃地思考过了。从苏联回国后，他得知中央特科不少同志被捕被杀，幸免于难的也都远避他处。这个时候逆潮流而动，无疑是冒着生命危险的。但出于对马克思主义的执著信仰和对中国共产党的向往热爱，潘文郁在脱党两年多后，又重新回到了革命队伍。

　　衔命卧底“剿总”

　　重新为党工作，让潘文郁从里到外都变得明朗起来。他在特科指导下逐渐改变书生气，有意识地在待人接物中培养深藏不露的练达和城府，以适应情报工作的环境。

　　为了保护潘文郁，北京特科指定在北平特别市公安局工作的特科成员杨青林单线与潘文郁联系，潘文郁搞到的情报都经杨青林转交党组织。

　　得知戴笠托人找过潘文郁，特科成员肖明指导他与戴笠拉上了关系。戴笠邀请潘文郁去南京做客，潘文郁欣然前往。不出所料，戴笠想拉潘文郁进入军统工作，潘文郁按照特科叮嘱，对戴笠说，“奉系中的老朋友已经收留了我，不好这么快就弃旧就新。”戴笠见留不住潘文郁，只好约定今后可以合作，互相交换情报。

　　黎天才是东北军里非同凡响的人物，他被张学良任命为奉系东北宪兵教练处中校教官等职。潘文郁要搞军事情报，少了黎天才不行，为此，潘文郁与黎天才保持着密切的关系。“九一八”事变爆发后，黎天才尽心竭力帮助张学良，在东北搞起了情报网，得到张学良加倍重视和重用，被调到张学良身边工作，委以北平绥靖公署参事职务。

　　“九一八”事变后，张学良逐渐倾向中国共产党的抗日主张，张学良向黎天才询问共产党当前的路线、方针和政策等问题，并向黎天才索取对中共的态度和对策等。黎天才已经脱党多年，无法回答张学良的问题，于是把潘文郁当救兵讨教。

　　潘文郁立即把情况汇报给特科，吴成方意识到这是一个好机会，于是指导潘文郁告知黎天才一些党的情况，并且帮助黎天才给张学良提建议当参谋。接触中，黎天才意识到潘文郁背后有中共组织支持，两人心照不宣，彼此各取所需。

　　1934年1月，张学良从欧洲考察回国，被蒋介石任命为豫鄂皖三省“剿总”副司令，代行总司令职务。黎天才担任了“剿总”政训处的少将副处长，他迎合张学良对共产党革命理论产生的兴趣，顺势把潘文郁作为马列主义学者推荐给张学良。于是，潘文郁化名加入了张学良的东北军。

　　张学良很快喜欢上了年轻精干的潘文郁，他的博学和见解也让张学良折服，张学良把化名潘东周的他从北平调到武汉徐家棚“剿总”司令部，潘文郁从此留在张学良身边工作。

　　黎天才在“剿总”司令部里设了一个机要组，自己任组长，把信得过的人安插在里面，他安排潘文郁当了机要组的中校秘书，这个岗位几乎可供他无遗漏地获取“剿总”的军事情报。

　　张学良对工农红军前四次反“围剿”取得胜利感到不解，特别是他出任鄂豫皖三省“剿匪”副总司令后，从东北军抽调了八十多个团的兵力，“围剿”鄂豫皖根据地，却被徐海东领导的红25军打得落花流水，他很困惑，不论是武器还是装备，红25军都远远不如他的东北军，却让他的“围剿”计划一败涂地，他认为有必要对红军何以如此强大作一番研究。同时，他这样做可能也有自己的小九九，能不能联共抗日呢？

　　张学良责成黎天才搜集有关红军的资料供他分析研究，以了解红军的内幕。黎天才知道潘文郁能完成，于是把任务交给了他。潘文郁在北京特科的支持下，组成了一个编写班子，把红军一些能公开的资料，诸如武装理论、建军历史、三大纪律八项注意、中共人物、重大事件等排成词条，按着词典的编纂体例，只用了一周时间就编成一本小册子，取名《匪情辞通》，张学良审阅后非常满意，亲自写了序，印刷下发后，他也随身带上一本，不时翻阅。潘文郁顺理成章地被黎天才推荐，成为了张学良的老师。

　　张学良学习马列很认真，潘文郁讲解得也很用心，张学良开口闭口称潘文郁“老师”，当着别人的面也是如此。潘文郁赢得了张学良的尊敬和信任，也就获得了为党工作的便利条件，他借机把苏联塔斯通讯社北平分社记者、共产党员刘尊棋引荐给张学良。刘尊棋与潘文郁同在中共顺直省委宣传部工作过，作为苏联塔斯通讯社北平分社的记者，刘尊棋如果能顺利采访张学良，将对促进张学良反蒋抗日有利。刘尊棋从北平赶到武汉见到张学良的时候，潘文郁正在给张学良讲课，张学良指着身旁的潘文郁给刘尊棋介绍说：“这是我的老师，他在教我学习《资本论》。”

　　身份暴露

　　到张学良身边后，北京特科交给潘文郁的任务一是争取张学良，二是获取军事情报。

　　1934年1月下旬，蒋介石镇压了与他决裂的国民党第19路军后，重又集结兵力对中央苏区展开进攻。国共第五次“围剿”与反“围剿”开始进入决战时期。进入10月，反“围剿”战斗愈来愈惨烈。蒋介石军队向美、英、德、意等国大量借款购买武器，并聘请外国军事顾问和专家，用于直接进攻中央苏区的兵力达50万人，蒋介石亲自坐镇“军事委员会委员长南昌行营”，直接指挥这次“围剿”。张学良被任命为“剿总”副司令。

　　第五次“围剿红军”的行动中，潘文郁将“接触”到的“剿总”军事机密，及时传递给北京特科，北京特科又及时电告中共中央，或者设法通过秘密交通传到苏区。所以，第五次反“围剿”初期，红军经常不失时机摆脱危险境地，转败为胜，潘文郁的情报起了重大作用。

　　但由于中共临时中央继续推行军事冒险主义，提出“御敌于国门之外”的错误方针，致使红军连续作战近两个月，未能御敌于苏区之外，以至反“围剿”后期完全陷入被动地位。身在敌营的潘义郁每天看到和听到中央红军失利的消息，内心焦急万分，他一方面紧张地关注战事，一方面加紧搜集机密情报。

　　此时，北京特科派杨青林专程到武汉秘密会见潘义郁，索要敌人的兵力部署和战役行动等机密情报。战事愈是紧迫，就愈凸显情报的重要性，前几次反“围剿”之所以能“用兵真如神”，起关键作用的是情报。苏区红军屡战失利，此时敌兵已突破苏区外围，开始向中央苏区腹地广昌进犯了，他何尝不想把“剿总”所有的机密文件作为“炮弹”，都提供给红军呢？

　　杨青林此次到武汉，是北京特科新的负责人李光伟派去的，这之前，特科创始人吴成方、肖明和周怡等相继被调离了。

　　潘文郁看着面前的大量文件，内心做着抉择，这些都是他经手的机要组机密军事情报，对激战中的中央红军无疑都是有价值的，自己一个人在办公室抄写，条件不许可，最好能带回家让妻子廖素丹帮着抄写。可是，这样做的风险很大，一旦被发觉，身份必然暴露，可是，不带回家抄写，就不能尽快交给杨青林带回。

　　最终，他决定冒一次险。凭着他在“剿总”的表现，他有把握既把情报搞到手，又不被身边人察觉。趁着夜色，他把机密文件悄悄带回家，和妻子一起昼夜抄写。由于文件太多，黎明来临的时候，还是没能抄写完毕，而杨青林又必须当日往回赶。潘文郁心一横，把抄写完的文件连同没来得及抄写的文件原件一股脑儿交给了杨青林，其中一份原件详细印有“剿总”所属部队番号、兵力、驻地，以及团以上主要军官姓名等情况的文件，那是豫鄂皖“剿总”的核心机密，只发给“剿总”长官及直属的各厅、处、组。潘文郁手里那份是他负责存档保管的。他知道这份文件的重要性，反“围剿”指挥官可以通过它确切了解敌部的兵力和分布情况，只是文件长，来不及抄写了。

　　就是这份机密文件导致了潘文郁的暴露和牺牲。杨青林离开武汉后，第五次反“围剿”失败，红军被迫离开苏区，开始长征。

　　第五次反“围剿”期间主持中央工作的博古，执行“左”倾冒险主义的政策，不仅导致中央革命根据地的丧失，也使党的白区工作损失重大。杨青林带着密件回到北平不久，中共北平地下市委机关遭到驻北平的宪兵三团毁灭性的破坏，20名特科成员遭逮捕。宪兵三团逮捕特科成员贺善培的时候，在北平西城南千章胡同15号他的家里搜出了大量情报材料，其中就有那份核心机密文件。

　　文件先是到了宪兵三团团长蒋孝先的手上，又火速报到了南京蒋介石那里。这份文件本该在潘文郁负责保管的机要组的文件柜里，却跑到了北京特科成员的手里，潘文郁很可能是“共谍”。

　　蒋介石的震怒可想而知，他急电张学良，同时还把从北平查获的密件作为确凿证据发给张学良，要他把共谍潘东周押解去南京法办。但张学良不愿意被人指责他赏识和重用的人通敌，他正要去南京参加国民党四中全会，于是带上潘文郁去了南京，以表对蒋介石命令的尊重和服从。会议期间，张学良得知潘文郁的嫌疑虽然很大，但并没有确凿的证据证明他是中共卧底，案件还在调查中。于是，会后他又把潘文郁带回武汉。

　　张学良一方面是太惜才，另一方面是重义气。事发后，他对黎天才说：“我张某从不出卖自己的部下。”南京又来电催促他交送潘文郁的时候，他致电蒋介石，请求从宽处理潘文郁。为了掩人耳目，也为了防止特务暗杀潘文郁，他命人从机要组办公室把正在工作的潘文郁带走，保护性地限制在司令部自己的官邸里，嘱咐手下，食宿给予方便，相对给些人身自由。

　　从容就义

　　潘文郁出事让黎天才很惊恐，潘文郁是他向张学良举荐的，自己又是机要组组长，潘文郁是自己手下.自然脱不了干系。潘文郁被限制自由后，想回家去看看，把境况告诉家人。他向黎天才请假，尽管事关重大，黎天才还是批准了。但黎天才多少有些担心，毕竟潘文郁是蒋介石要的人，如果潘文郁脱逃，他无法向张学良交代。

　　可是，潘文郁却准时回来了，这让黎天才很是感动。潘文郁理解黎天才的心思，对他说：“我不会跑的，我跑了让你承当，那不是人做的事！”

　　重返虎穴的潘文郁，已经抱定了必死的决心。他获准回家后，把事情告诉了妻子廖素丹和弟弟潘薪传，妻子和弟弟都劝他趁少帅不忍心加害于他的时候逃命。他摇摇头，表示自己不能跑。他抓紧最后的机会与妻子和两个幼小的儿子团聚，当时他的大儿子三岁，小儿子刚满一岁。最后，他挥泪告别家人，嘱咐妻子，自己走后赶快带着儿子回湖南老家躲避，又与弟弟诀别后，他返回关押地张公馆。

　　黎天才把潘文郁按时返回以及所说的一番话汇报给了张学良，张学良更加敬佩潘文郁的气节与品德，当即提笔写了一封信，安慰潘文郁不要惊慌，安心在张公馆住着，他要尽最大的努力解救他。

　　在张学良的努力下，事情拖了近一个月，就在张学良看到曙光的时候，被捕的杨青林叛变了，他供出了潘文郁是潜伏在张学良身边的红色谍工，潘文郁曾提供了大量军事情报给中共。潘文郁的身份彻底暴露。

　　蒋介石这时也拍来电报，限令张学良立即处死潘文郁。张学良接到命令后，还寄希望于蒋介石开恩，他反而复电蒋介石请求宽恕潘文郁的罪行，他说，“这个人通六国语言，很有才华，这样的人，中国还极少”。蒋介石不为所动，又接连打来几份电报，催促之外，还斥责张学良疏于防范和执法不严，并指定要由参谋长钱大钧亲自监刑。

　　张学良见潘文郁难以幸免，只得面见潘文郁说：“委员长发脾气了，他的脾气很厉害，我实在无法保全你了，你还有什么身后的事要办？”

　　“死前，我想留下些想说的话。”潘文郁说。张学良惋惜地看着潘文郁，点头同意。潘文郁一夜未合眼，奋笔疾书到天亮。放下笔，他眺望家乡的方向——襄阳东津湾镇，那是坐落在汉江边上一座秀丽的小镇。此时，东方地平线的一轮红日正喷薄欲出。他长叹了一口气，少小离家闹革命，虽很少回去看家乡父老，却也没给家乡丢脸，只是，过早离开，所学和志向来不及再回馈家乡和革命事业了。