Le rôle d’agent de liaison que lui donnaient ses capacités de technicienne-radio accroît ses responsabilités. Elle passe en Belgique en septembre 1939 et travaille sous couverture de secrétaire de la revue "Cercle d’Art". Cette activité légale lui sert à couvrir les activités clandestines de Eugen Fried, délégué de l’Internationale communiste. Elle se rend au Danemark, en décembre 1939. En mai 1940, elle est arrêtée par les Allemands, mais libérée le 6 juin grâce à l’intervention de l’ambassadeur soviétique.  Revenue en URSS, elle se perfectionne dans les liaisons radio et travaille auprès de la direction de l’Internationale communiste. 

l'URSS, Londres, le Parachutage

Juin 1941, Hitler déclenche l'opération Barbarossa et ses troupes envahissent l'URSS. L'envoi de Francine en France est décidé, avec Raymond Guyot et Daniel Georges (frère du futur Colonel Fabien, auteur du 1er attentat contre un militaire allemand en août 1941). Fin 1941, les 3 militants prenent la direction de l’Angleterre à bord d’un cargo protégé par la marine de guerre britannique. Après avoir reçu une instruction au parachutisme sur la base de Ringway près de Manchester, ils sont parachutés en France en janvier 1942 près de Montpellier. Elle est la toute 1° femme à être parachutée, munie d’un poste-radio. Avec Guyot, elle dirige à Lyon l’organisation communiste clandestine du PCF de la zone sud, s’occupe de propagande et assure la liaison radio avec Moscou, via l’ambassade soviétique à Londres. Elle s’installe avec sa mère et son aide-radio, Joséphine Turin dite "Fifi Turin" qui est venue les rejoindre, à Saint-Vérand d’où elles émettent. 

Arrestation, Exécution à Fresnes

Elles y sont arrêtées le 30 juillet 1943, dénoncée à la Milice ou peut-être par repérage radio-goniométrique. Elles sont livrées à la Gestapo de Lyon, interrogées et torturées pendant 8 jours. On les transfère en aôut à la Maison d’arrêt de Fresnes. Peu de temps après leur arrivée, sa mère Germaine meurt à 54 ans, dans d’horribles souffrances, des suites des sévices infligés.

Début 1944, Francine Fromond est traduite devant un tribunal de guerre et condamnée à la peine de mort pour espionnage. Une de ses co-détenues rapportera son récit: "Quand on m’a signifié le verdict, je me suis levée et j’ai adressé un petit discours au président du tribunal. Je lui ai dit que c’était un honneur pour une Française que d’être condamnée par un tribunal allemand et je l’ai remercié. Il était furieux". Quelques heures avant son exécution, elle écrit une lettre à sa sœur dans laquelle elle évoque "le dévouement" qu’elle avait pour son "Grand Parti".  Francine est fusillée dans la prison de Fresnes, le 5 août 1944 à l’âge de 26 ans. Son corps est rapatrié au cimetière des Lilas, le 29 juin 1945, où une stèle du carré militaire rappelle son souvenir, en même temps que celui de sa mère et de son frère.