北伐战争开始后，毛新梅及时回到韶山，传达上级指示，把韶山的农民组织武装起来，成立了暗探队、运输队、宣传队等，积极支援北伐战争。“马日事变”发生后，他冒险回到韶山，传达上级指示，按照上级要求，成立以韶山农民自卫军为核心的潭(湘潭)湘(湘乡)宁(宁乡)边区工农义勇军司令部，准备武装进攻长沙。他负责通讯、经费等工作。义勇军成立后，在姜畲、云湖桥、马托铺一带与叛军进行激战，后因敌我力量悬殊，加之中央取消了围攻长沙的计划，义勇军被迫撤退，毛新梅接到上级指示离开部队，回到湘潭城里负责同韶山的通讯联系。
1927年6月下旬，他回韶山传达紧急指示，因韶山党组织已隐蔽转移，未能及时联系上，加上连日的奔波，非常疲倦，晚上他便回到家里准备翌日一早就离家。第二天清早，当他准备动身时，一位关心他的乡亲来到他家催他快走。他发现这位乡亲面带病容，就说：“老弟，你的病不轻，我给你开个方子。”这位乡亲再三推却，不肯让他耽误时间。但他却坚持要给这位乡亲开个药方再走。忽然，一群凶神恶煞的敌人冲进来，将他逮捕。敌人将他五花大绑捆在毛氏宗祠的廊柱上，从早到中午轮番拷打、审问。他始终坚贞不屈。下午他被押往湘乡。家里和党组织想尽办法进行营救，但未能成功。6月26日，毛新梅被杀害于湘乡砚池坪。
