El desenlace de la guerra civil española y el triunfo de los rebeldes desembocaron en el establecimiento de la dictadura franquista, un periodo difícil para la sociedad española, en general, y para todos aquellos contrarios al nuevo régimen, entre ellos los socialistas.

El Partido Socialista y la UGT fueron ilegalizado junto con el resto de partidos y organizaciones democráticas. Sus dirigentes se vieron obligados a exiliarse y sus cuadros fueron perseguidos y asesinados durante la represión de la posguerra, dejando prácticamente descabezada la organización. De hecho, en los años del franquismo la actividad del Partido Socialista Obrero Español fue muy limitada. El peso de la resistencia antifranquista recayó básicamente sobre el Partido Comunista de España.

A pesar de ello, los socialistas siguieron combatiendo en la clandestinidad o desde el exilio. En 1953, Tomás Centeno, Secretario General de UGT y dirigente del PSOE, moría víctima de la represión en la Dirección General de Seguridad. Dos años después, había en el penal de Burgos más de 1.200 socialistas, llegando a coincidir en las cárceles franquistas un total de seis Comisiones Ejecutivas.

Sin embargo, el PSOE durante el franquismo desarrolló una significativa acción opositora, participando en las huelgas de los años cincuenta y sesenta, enfrentándose a la dictadura en condiciones muy duras y con una constante persecución policial.

Ya en los años setenta, el Partido Socialista se convierte en una seria amenaza para el declinante régimen franquista, por sus relaciones con las fuerzas democráticas europeas y su imagen de partido socialista democrático dentro de España.

En los últimos años de la dictadura, el PSOE acometió una contundente renovación generacional e ideológica que permitió tomar el mando a una nueva generación de socialistas ajenos al exilio. Esta renovación se hizo efectiva en la celebración del XXVI Congreso del Partido Socialista Obrero Español en Suresnes (Francia),  en 1974 cuando el histórico Rodolfo Llopis, dio paso a Felipe González al frente de la Secretaría General del partido.