Tháng 5.1940, tại Hội nghị Đại biểu Đảng bộ tỉnh Bạc Liêu do Xứ ủy Nam kỳ triệu tập, tại khu rừng thuộc xã Tân Hưng Tây, ông được cử làm Bí thư. Chính tại vườn nhà ông vào tháng 11.1940, Tỉnh ủy Bạc Liêu tiến hành khởi nghĩa do ông trực tiếp chỉ đạo.
Tuy bị đàn áp, nhưng cuộc khởi nghĩa đã nêu cao truyền thống quật cường, anh dũng của các tầng lớp nhân dân trong tỉnh. Do tình hình trong cả nước chưa có chuyển biến có lợi, nên cuối tháng 3.1941, căn cứ U Minh tạm thời giải tán, các cán bộ, đảng viên trở về địa phương để bám sát các cơ sở quần chúng. Ông Trần Văn Thời được điều về phục trách tỉnh Châu Đốc.
Năm 1941, ông bị địch bắt. Không khuất phục được ông bằng những hình thức tra tấn dã man, tòa án thực dân Pháp đã xử ông 10 năm cấm cố, 15 năm lưu đày biệt xứ và đưa ra Côn Đảo. Ngày 5.5.1942, ông đã trút hơi thở cuối cùng tại nhà tù Côn Đảo.
Tên tuổi của ông đã trở thành tên đất, tên quê hương (huyện Trần Văn Thời), sống mãi với nhân dân miền đất cực Nam Tổ quốc.