1937年11月，王明、康生回国，原定曾担任我党负责人的李立三同机回国参加抗日战争。但在启程的前夜，王明宣布李立三留下。

王明走后两个月，在1938年2月23日这天，苏联内务部突然逮捕了李立三。从此他在苏联过了一年零九个月的铁窗生活。内务部人员开始审问他，问他的名字、身份等等。他说：“我叫李立三，是中国共产党的中央委员”。这使内务部人员十分吃惊，赶紧把他关进一个单人牢房里。

事过不久，他们又审问他，说他是日本特务，任务是刺杀斯大林等等，并且对他实行了肉刑。李立三严厉驳斥了内务部的无稽之谈，并写信给斯大林揭露了苏联监狱的不法行为。但这一切都是无效的，他被先后转移了几个监狱，生活条件极端恶劣。

李立三一直以错误的“立三路线”为人所熟知，其实在此之前，李立三曾为早期党的发展和工人运动做出了巨大贡献。

1919年12月，李立三的老父亲李昌珪以银洋200元的价格卖掉了16亩祖传良田，为儿子筹足了赴法勤工俭学的路费。在法国李立三结识了陈延年、陈乔年、王若飞、陈毅、蔡和森等人，并曾和赵世炎等一起成立并领导勤工俭学学会和克鲁梭华工工会，因“争回里大”斗争，1921年冬李立三和蔡和森、陈毅、陈公培等一百零四人，被法国警察强行遣送回国。

李立三回国后，于1921年12月中旬直接在上海入党，没有介绍人，没有候补期，而后被陈独秀派回湖南从事工人运动，他没来得及返回家乡即和毛主席踏上了前往安源的火车，在安源他和毛主席、刘少奇等人员策划成立了安源路矿工人俱乐部并参与组织领导了安源工人大罢工。

“二七”罢工失败后，李立三在工人的掩护下，化妆成火车头上的烧炉工，同他的夫人李一纯同车离开安源来到武汉，担任党的武汉区委书记。1924年1月李立三和廖乾吾和刘伯垂作为武汉国民党代表出席国民党第一次全国代表大会后，李立三又被党中央调到上海担任党的上海地委职工运动委员会书记，参与策划领导了五卅运动。1927年1月在汉口作为总指挥参与策划领导了收回汉口英租界运动。在南昌起义中，李立三不仅参与了前期策划工作，在起义部队南下后还兼任前委政治保卫处处长，负责镇压反动派、情报和民运工作，以及发动群众打土豪、筹款、动员群众为部队搞运输等等。

1939年秋天，李立三的案子急转直下。监狱负责人找李立三谈话，再不谈日本间谍的事情，而是说李立三“一贯反对共产国际”，说“中共“六大’决议是机会主义的”等等。李立三申明他要控告这些对中国共产党的污。这个负责人对李立三说：周恩来最近到了莫斯科，你是否到他那里去谈谈？李立三说，我不想干扰周恩来的工作。

1939年11月4日，苏联内务部人员把李立三送回家去，对其妻子李莎说：“给你送来了十月革命节的礼物”，宣告了对李立三的无罪释放。李立三在李莎协助下，花了一个多星期的时间，用俄文写了一份长达一百多页的控告书。11月11日，他把这份控告书，送到共产国际，并且会见了周恩来和任弼时。11月底共产国际监察委员会开会讨论李立三的控告。周恩来出席了一次会议，中间插话支持李立三的一些论点。但周恩来不久就回国了，李立三的案件被拖下来，直到1940年3月，共产国际监委会才作出结论，说：李立三在苏联的问题通通搞清了，但他在中国党内问题，还得中国党去作结论。因此决定停止李立三的党籍。

李立三出狱后，没有工作，户口也不准落在莫斯科，不得不依靠共产国际红十字会的救济金生活。他求助于共产国际和苏联的许多部门，都不受理，最后得到共产国际秘书曼努意斯基的帮助，才得以回莫斯科外文出版局中文部去当翻译。此后，他多次给党中央写信，要求回国参加抗战。但党中央没有收到他的来信。

苏联卫国战争爆发后，李立三以普通居民的身份参加挖战壕和防空警戒。在最紧急时期还曾一度随着出版社机关撤退到恩格斯城。粮食严重缺乏，他每年要到莫斯科郊外种植马铃薯。

1945年6月，郭沫若到达莫斯科参加苏联科学院二百二十周年纪念大会。据郭的日记记载，李立三曾三次会见他，作长时间叙旧。李立三强烈地思念祖国，思念旧日同志，并请他对自己所翻译的《俄罗斯人物》和小说《考验》提出批评意见。在郭沫若启程回国前，李立三请他转致党中央一封信，要求党中央向苏联交涉，准许他回国工作。

郭沫若回国不久，1945年8月，苏联对外联络部干部找李立三说：你多次要求回国，现在批准了。为了作回国准备，让他先去阅读中国报纸，了解国内情况。这时期他读了《论联合政府》，知道了中共“七大”召开的消息。苏共负责人还问他对于被捕事情有何意见，他说：“被怀疑是难免的，现在弄清楚了，苏联是正确的，斯大林是英明的。”

1945年最后一天的晚上八九点钟，当人们正在欢度除夕、迎接新年的时候，苏共中央联络部打电话把李立三找去，由部长潘友新和其他两个干部陪同接见谈话。他们一见李立三就十分热情地站起来，祝贺他当选了中共第七届中央委员，并且无条件的准许他回国。

李立三晚上十一点回到家里，心情万分激动，当即把他当选为中央委员的消息告诉了李莎。李立三后来回忆说：这“当然给了我莫大的振奋，但是，完全不知道究竟是怎么回事?”

1946年新年过后，李立三立即打点行装，办好手续，于1月16日和杨至诚、袁牧之同行，乘上西伯利亚大铁路的火车，到达海参崴，然后转乘苏联军用飞机，回到了祖国。

此后，李立三历任东北三人小组中共方面负责人和林彪代表、东北军区对外联络部部长和东北局敌工部部长、中共中央东北局城市工作部部长等职务，为东北解放做出了巨大贡献。