1931 年6 月22 日晚，张越霞与张纪恩在戈登路恒吉里1141 号党中央秘书处机关所在地，正准备休息，突然响起一阵猛烈的敲门声。张越霞意识到有情况发生，赶紧将窗台上作为警报信号的洗米篮子打掉。这时候张纪恩前去开门，门一打开，便冲进一群军警，将张纪恩和张越霞等人逮捕，押到英租界巡捕房。后来张越霞才知道，就在这一天，中共中央总书记向忠发被捕叛变，供出了戈登路恒吉里1141 号党中央秘书处机关。
随后，张越霞夫妇被转到国民党侦缉队拘留所，张越霞先后被提审两次，始终坚称自己是一名家庭妇女，刚来到上海，什么都不知道。张越霞在侦缉队被关了半个月后，转到上海龙华警备司令部，在这里，张越霞又经历了两次审讯，审讯中，法官拿出向忠发的照片给他看，问：“你认不认识这个人。”
“不认识，从没见过这个人。”张越霞看过照片，坚决地摇头说。
由于敌人在张越霞口中得不到有用信息，也没有证据证明她是共产党员，审讯三次后将其释放。张越霞出狱后，年幼的女儿已死在巡捕房孤儿院中，后因种种原因，张越霞与张纪恩脱离夫妻关系。然而，张越霞在从事党的地下交通工作中，于1934 年11 月23 日在法租界再次被捕，并很快被引渡到上海市公安局，又转到南京宪兵司令部看守所。