En junio de 1937 la ciudad de Bilbao cae en manos de las tropas nacionales. Tras la derrota republicana, comienza el largo periodo de la dictadura franquista, que supone la ilegalización y el exterminio de los socialistas bilbaínos. Este periodo dura hasta 1977.

Durante estos años el partido se dispersa. Por una parte, algunos líderes y muchos socialistas se exilian a distintos países europeos y americanos, como es el caso de Indalecio Prieto que se asienta en México. Otros, como Julián Zugazagoitia, fueron interceptados en el extranjero y enviados a España donde fueron fusilados. Por otra parte, se produce una brutal represión interior, y una gran parte de los y las socialistas sufrieron cárcel,  fueron represaliados o fusilados.

Este contexto lleva a que el partido se divida en dos: el del exilio y el del interior. El partido en el exilio comienza a reorganizarse en Francia hacia 1940. Algunos socialistas siguieron luchando en los frentes europeos durante la Segunda Guerra Mundial. La ejecutiva del partido en el exilio se instala en Toulouse, Francia.

En el interior la reorganización se produce de manera clandestina, y tiene lugar sobre todo en las cárceles. Nace así el “movimiento socialista” en las cárceles, una unión de PSOE, las Juventudes Socialistas Unificadas y la UGT. En un primer momento prima la supervivencia de los y las compañeras, tanto física como moral. La solidaridad será uno de los elementos centrales en la identidad socialista en estos momentos.

 En 1937 en la cárcel bilbaína de El Carmelo se rearticula parte de la organización. Destaca la actuación del socialista vizcaíno Ramón Rubial, quien reconstruye el partido en las cárceles, en las que estuvo hasta 1957.

Entre las acciones de estos años es de resaltar la implicación de la UGT en la huelga que comenzó en Sestao en mayo de 1947.

A lo largo de los años 1950 y 1960 algunas de las diferencias de criterio entre el partido en el interior y en el exilio van agrandándose. En los años 70, el socialismo español vive una fuerte crisis, que influye directamente en el socialismo bilbaíno. Ante los cambios sociales y ante la eventualidad del fin de la dictadura, el partido se enfrente al dilema de cómo aglutinar el partido en el exilio y en el interior. Además, a lo largo de estos años, se había producido un cambio generacional. En el Congreso de Suresnes (octubre 1974) se decide apoyar a la ejecutiva en el interior. En estos momentos de cambio, los socialistas vascos, y especialmente los vizcaínos, jugaron un papel principal, al apoyar a la ejecutiva del interior. Destacan aquí además de Ramón Rubial, Nicolás Redondo Urbieta y Eduardo López Albizu. Tras este congreso, se abre una nueva etapa para el socialismo.