Giữa vùng tạm chiếm, tiếp tục giữ mạch liên lạc cách mạng
Sau năm 1951, Nguyễn Đức Thuận được giao hoạt động trong vùng tạm chiếm và có thời gian làm nhiệm vụ tại Cao Miên. Sau Hiệp định Genève năm 1954, ông tiếp tục ở lại miền Nam, thay mặt Xứ ủy chỉ đạo công tác nội thành. Chính nhiệm vụ này đưa ông vào một giai đoạn hoạt động đặc biệt nguy hiểm trước khi bị bắt năm 1956.
Trong những năm cuối cuộc kháng chiến chống Pháp, Nguyễn Đức Thuận tiếp tục được giao hoạt động ở những địa bàn phức tạp. Từ năm 1951 đến 1956, ông lần lượt giữ chức Phó ban rồi Trưởng ban Ban cán sự của Đảng trong vùng tạm chiếm.
Năm 1951, ông được cử làm Phó ban cán sự Đảng ở Cao Miên; đến năm 1954 được phân công làm Trưởng ban. Đây là giai đoạn cuộc kháng chiến bước vào những năm quyết định.
Sau Hiệp định Genève năm 1954, thay vì tập kết ra miền Bắc, Nguyễn Đức Thuận được phân công tiếp tục hoạt động ở miền Nam. Ông thay mặt Xứ ủy chỉ đạo công tác nội thành.
Nhiệm vụ lúc này đặc biệt khó khăn bởi hoạt động cách mạng phải được tổ chức trong điều kiện bị kiểm soát gắt gao. Nguyễn Đức Thuận phải duy trì liên lạc với cơ sở và cán bộ hoạt động bí mật.
Ngày 29/7/1956, trong lúc đang tìm cách bắt liên lạc với cán bộ ở nội thành Sài Gòn, ông bị bắt. Việc bị bắt mở đầu lần tù đày thứ hai của ông tại Côn Đảo — một trong những chương bi tráng nhất trong cuộc đời người chiến sĩ cách mạng này.
