Od 1948 do 1958 partia komunistyczna była nielegalna. W tym okresie, od 1948 roku, Corvalán stał na czele wydziału propagandy Komitetu Centralnego, organizował druk nielegalnych materiałów partyjnych. W 1950 został aresztowany i skazany na kilkumiesięczną zsyłkę. Od 1952 był członkiem Komitetu Centralnego, a w latach 1956–1989 – członkiem Komisji Politycznej Komitetu Centralnego. W 1956 ponownie aresztowany i osadzony w obozie koncentracyjnym Pisagua. Od 1958 nieprzerwanie do 1989 był sekretarzem generalnym Komitetu Centralnego.
Uwięzienie Po zamachu stanu generała Augusto Pinochet 11 września 1973 Corvalán, podobnie jak wielu innych zwolenników Salvadora Allende, został uwięziony. Początkowo był przetrzymywany w izolacji, a następnie w obozach koncentracyjnych, w tym na wyspie Dawson. Po zabójstwie Victora Jary stał się najbardziej znanym chilijskim więźniem politycznym. W okresie uwięzienia w 1975 otrzymał Międzynarodową Leninowską Nagrodę Pokoju„Wielka Encyklopedia Rosyjska”, 1997, ..