潘文鬱與黎天才私交甚好。黎天才早年是中共黨員，曾長期在李大釗的領導下工作，後被捕自首。黎天才為人頭腦靈活，才幹過人，當時是張學良的心腹謀士，並負責情報工作。
潘文鬱脫離革命工作，隱居譯書後，黨中央並沒有忘記他的才能。中共北方局特科後來找到他，希望他能重新為黨工作，他欣然接受了，再次成為黨的秘密黨員。後來，他在黎天才的引薦下，來到張學良身邊，成為張學良的機要秘書。張學良到武漢任鄂豫皖“剿總”副總司令時，也把他帶到了武漢。潘文鬱利用工作上的便利，向周恩來負責的北平特科傳遞了大量情報，特科方麵又將這些情報轉給紅軍作戰前線指揮部。這些情報對紅軍擺脫國民黨軍的“圍剿”、取得反“圍剿”的勝利起到了至關重要的作用。
潘文鬱的精明幹練深得張學良的賞識，漸漸與之成為了朋友。1934年10月，中央蘇區的第五次反“圍剿”失敗，國民黨軍隊進入蘇區。在搜查中，發現了部分尚未銷毀的紅軍文件，其中有潘文鬱提供的一份鄂豫皖“剿總”所屬部隊團以上主要領導姓名、兵力、駐地表的手抄本。如此絕密文件被泄露出去，蔣介石極為震驚，嚴令徹查。1935年初，中共北方局特科的楊青林被捕，隨即變節，出賣了潘文鬱。得知消息，蔣介石震怒，親自手書電報給張學良，要他立即將潘文鬱處決，並將涉嫌的黎天才等人一並押解到南京待審。
張學良愛才，他深知潘文鬱才華出眾，如果因此殞命實在可惜，所以想竭力保住他的性命。經過一番考慮後，他複電蔣介石：“此人通六國語言，很有才華，這樣的人，中國還極少。”蔣介石接到電報後，不為所動，仍嚴令張學良立即處死潘文鬱。更因擔心張學良作偽欺騙，還派了他的參謀長錢大鈞來監視張學良處決潘文鬱。
幾經努力，張學良終究無法保全潘文鬱。行刑前，張學良沉痛地對潘文鬱說：“委員長的脾氣很厲害，我不能保全你了……”
1935年3月3日，潘文鬱在武昌徐家棚從容就義。
潘文鬱犧牲後，張學良痛心疾首，他曾心情悲痛地感慨道：“殺朋友是最不應該的，也是最難過的！”
1949年武漢解放後，周恩來指示：一定要找到潘文鬱的家屬並作為烈屬對待。1988年6月，國家民政部批準潘文鬱為革命烈士。
張寧據《黨史縱橫》斯夫度整理