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张国焘的身份证实后，敌人又审讯了杨子烈。杨子烈在自供状中这样写道：
杨子烈，即杨毅，年二十岁，湖北枣阳县人，现肄业北京法政大学。去年十二月搬于腊库胡同十六号杏坛公寓与张国焘先生结婚。每日到法大上课，上午的饭在法大吃，下午回来就在铁匠营二十一号吃一顿，每月交伙食钱五元。张国焘先生是研究共产派学说的，他既是我的丈夫，他所研究学说我因好奇心所以也想研究一下。可是因为我们结婚的日期不久，同时我学校的功课很忙，虽然把关于此类的书籍看看，凭心说话，一本也未看完过。不但如此，老实说连“共产”二字的意义何解也是茫然的。但是我的丈夫张国焘因受人之愚迷而研究这种邪学说，而得像现在这种结果。我既是他的妻子，是脱不了干系的，我也不愿意脱离干系。政府诸大人是人民的父母，人民做了错事，是应该求诸大人宽恕使其有改过自新之余地。铁匠营二十一号是铁路总工会暂时通信机关，张国焘因受人之愚而为干事，到现在我才知道又有由陈比难箱里检查出的一封寄我而未发的信，我并不知道，这是诸位大人同我亲眼所见，当由她箱中取出时并未拆封，而邮票还是未盖邮章的。至于我的丈夫张国焘，此次做错了事，是应该受惩罚的。但是，青年阅历尚浅，诸大人素来德量宽宏，许人改过迁善，故敢请诸大人念张国焘初犯，特别加以宽恕。那不但张国焘和我铭感不忘，就是稍有知觉的人，也当感德无涯矣。《杨子烈的供词》，《历史档案》1981年第2期。
张国焘满以为事情会到此结束。不料，京畿卫戍司令王怀庆却不这样认为。
王怀庆在给警政司第二科的函中说： “查张国焘等私组路工总会实行共产主义紊乱，国焘煽惑路工，扰害秩序，核其所为殊与刑律规定之内乱罪无异，若不从严惩办，不足以维治安而儆效尤。而杨子烈系属女子，在法大肄业，与北大男生自由恋爱无异妍度，妨碍善良风俗，毫无廉耻思想，亦应按律办理。除饬详讯该犯等确供再行另拟办理外，相应审讯情形先行函达。”《历史档案》，1981年第2期。
在司令部里，张国焘忍受不住敌人的严刑逼供，勉强筑起来的防线彻底垮倒，他贪生怕死，终于向敌人供出了李大钊、陈独秀、谭平山、张昆弟及北京的共产党员等。
据王怀庆于5月30日给内务部的密函称：
案据京师警察厅解送拿获共产党人张国焘等一案，业将审讯情形函达在案，兹经派员将张国焘提讯明确，据称： 伊等以私组工党为名，实行共产主义。陈独秀为南方首领，有谭铭（平）三等辅助进行；北方则李大钊为首领，伊与张昆第等辅助进行。北方党员甚多，大半皆系教员学生之类，一时记忆不清。时常商量党务，男党员有黄日葵、范体仁、李骏、高静宇（即高尚德）、刘仁静、方洪杰等，女党员有陈佩兰、缪佩英等。查李大钊充膺北京大学教员，风范所关，宜如何束身自爱，乃竟提倡共产主义，意图紊乱国宪，殊属胆玩不法。除张国焘等先行呈明大总统分别依法判决外，其逸犯李大钊等相应咨行贵部查照，转令严速查拿，务获归案讯办，以维治安，而遏乱萌。②《历史档案》，1981年第2期。
但敌人并不以此为满足，进一步对张国焘施加刑罚。张国焘也一不做，二不休，进一步供出了他所知道的全国铁路各工会的共产党员共71人。
6月2日，王怀庆密咨内务部：
案据京师警察厅解送拿获共产党人张国焘等一案，业将审讯及供出党魁李大钊等情形先后咨达在案。兹经派员将张国焘等提讯明确，据称： 伊等以私组铁路总工会即为实行共产主义之通讯机关。陈独秀为南方首领，李大钊为北方首领，党员甚多，大半皆系教员学生，姓名一时记忆不清。辅助进行党务者，南方有谭铭（平）三等，北方有张昆第等。各铁路均有工人在党，日前搜获名册即系各路工人通信地点。先劝各路工人组织工会，将来要求增加工价，以便推倒军阀及资本家，实行共产主义。等语。查该犯等胆敢在首善重地，私组工会，以共产主义煽惑路工，虽未至实施暴动行为，而其意图紊乱国宪，实已毫无疑义。除李大钊等业经咨请严缉外，相应抄录各路工人姓名，咨行贵部查照。希即转令一体严速查拿务获，归案讯办，以维路政，而遏乱萌。②
内务部接到王怀庆的两个密咨后，立即密咨交通部、教育部，令京师警察厅严加注意，迅速缉拿李大钊等共产党人。
李大钊闻讯，立即化装成商人，在儿子李葆华陪同下，前往昌黎五峰山避难，全家也搬回乐亭老家。
就在李大钊离开北京的当天晚上，反动军警查抄了他的家，随后又追到乐亭去抓他。两次扑空后，6月11日，北洋军阀政府内务部发出了对李大钊等共产党人的通缉令，并密令各省长、都统、镇守使、护军使“严速查拿，务缉归案”。
这时，李大钊在五峰山接到中共中央的通知，委派他为首席代表，率领中国共产党代表团到莫斯科出席共产国际第五次代表大会。这样，李大钊又化装成商人，秘密回到北京，与其他几位代表见面后，便分别坐火车离开了中国。
被张国焘出卖的共产党员中，有一些并没有像李大钊那样幸运地脱离危险，如范体仁、孙云鹏、吴鹏九、叶云清等人不幸被捕。另外被开除、被通缉者还有40余人。北方铁路工人运动又一次遭到了严重的挫折。
张国焘在后来所写的回忆录中，将他出卖组织和同志一事全部抹去，相反，他把自己粉饰成了坚贞不屈的英雄，向人们述说他面对敌人的审讯，如何毫不畏惧，如何被人强扭着按了手印，如何绝食。但无论怎样，他也不能否认他后来得到了一般犯人所得不到的优待。对此，他这样解释：
关于我之终能转危为安的内幕，后来，我出狱后，王法勤先生曾面告我，这并不是他所能为的，而是齐燮元的一句话，无意中发生了效用。原来，当王怀庆捧着我在上面打过手模的公文去见曹锟请示处理办法的时候，曹锟说： ‘把他毙了吧！’适在座的江苏督办齐燮元要卖弄他对付革命党人的本领，因而从旁插言： ‘这些乱党如果枪毙他一个，他们要大叫大嚷的；不如给他一个永远监禁，让他瘐死狱中。’曹锟听了这番话后，便改口向王怀庆指示： ‘就照齐老弟的主意办吧！’这是曹锟随身侍卫所传出来的话，也是我所以由内乱犯变成内乱未遂犯的重要根源。张国焘： 《我的回忆》（第1册），现代史料编刊社1980年版，第351页。
他的解释显然是勉强的。试想，如果敌人想要把他瘐死狱中，怎么会对他特别优待呢？
我们认为，可能使人信服的解释有两个： 一是他叛变有功，敌人才免他死刑，并对他特别优待；一是狱外的各方人士开展的营救工作产生了一定的效用。
如果说，张国焘的叛变是受刑不过，被逼无奈，那么他叛变之后对革命的怀疑和失望却是发自内心的，是自觉自愿的。请看他自己的表白：
我在狱中的思想对我以后的种种作为颇有影响。大体说来，减少了我这个在当年只有二十七岁的青年那种勇往直前的锐气，并磨掉了做人处世太过直率的一些棱角。我那时常想到而今留有印象的是： 我这个原想研究自然科学的青年爱国者，竟成为一个共产主义运动的领导人，没有或很少研究过政治学、经济学、社会学、哲学以及历史学等，而要想有惊人建树，究竟缺乏准备，单凭热忱，是不够的。所以还是把自己的雄心抑制一些的好。在中国如何实现共产主义，我始终想不出个头绪来。至于对国民革命和民主共和国，我倒有过不少的设想，认为要有显著成就，需要一个历史时期，甚至超过陈独秀所说的“三十年”也未可知。我的怀疑点多半根源于“革命”这个概念。我已不像以前那样迷信革命，转而认为革命是非常手段，并不能解决众多的社会问题，而且革命还会产生一些不良的副产品。我回味我所知道的苏俄革命，孙中山所领导的中国革命，中共的长成和马林等人对我的争斗等等，自觉已能有更深的了解。对“一致”、“组织”、“权力”、“领导”、“政党”乃至“革命”本身等等这些概念的理论和实际，也发现它们的正反两面，有时会是推动历史前进的动力，有时会是毁灭人类建树的魔火。我也了解了马林对我所使用过的种种手段，在共产党内发生，是毫不足怪的；如果对这些事感到惊奇，实在是自己当时过于天真。张国焘： 《我的回忆》（第1册），现代史料编刊社1980年版，第356—357页。
四个月过去了，对共产主义和革命事业的怀疑和动摇，使他的狱中生活变得更加郁闷无聊。尽管在狱中受到优待，但他不知道命运将把自己抛向何方。每日每时，他都在忐忑不安中度过。难道真要在牢狱中度过一生？他不无凄凉地这样想。
这时，一件意想不到的重大事件突然改变了他的命运。这就是当时震惊中外的北京政变。
1924年10月23日，直系将领冯玉祥趁直奉战争之际突然发动了北京政变，由直系控制的北京政府随之倒台，京畿卫戍司令王怀庆也被卸了职。
冯玉祥发动北京政变后，与张作霖、段祺瑞组成联合政府，并表示同情广东革命政府，愿与孙中山合作，将所部改称“中华民国国民军”。中国共产党利用这一时机，由李大钊出面，多次做冯玉祥的工作，把“二七”惨案以来一批被捕的工会领袖和骨干营救出狱。
10月底的一天，新到任的警备司令经过草草盘问后，便宣布将张国焘等人全部释放。
张国焘尽量按捺住狂喜的心情，挽着杨子烈疾步朝监狱门外走去。
这时，同行的范体仁问他为何不带头提出政府曾摧残人权的控诉，张国焘的回答是： “政局的变化五花八门的，我们能这样出来，就算万幸了。让我们暂时饶恕他们，一心注意我们未来事业的发展吧！”张国焘： 《我的回忆》（第1册），现代史料编刊社1980年版，第361页。嘴上这么说，实际他心里在想： 我刚刚摆脱了厄运，何必自找麻烦呢？
张国焘夫妇出狱后，暂时住在赵世炎家，来看望的同志很多，大家都为他们侥幸出狱而感到欣喜。
从同志们的谈话中，张国焘了解到，在他们几个人被捕后，党立即发动了抗议和营救运动。《向导》周报连续发表《工界厄运重重》、《汉口之党狱》、《告劳动平民和青年学生——为汉口北京党狱》、《北京之党狱》等文章，声讨帝国主义和