A Parigi Velio entràentrò a far parte dell'apparato illegale del PCI all'estero, assumendo compiti di direzione e di collegamento con i lavoratori emigrati. Nell'ottobre del 1934 curacurò insieme a Romain Rolland la diffusione di un appello, cui aderirono numerosi intellettuali francesi, che chiedeva la liberazione di Gramsci e l'invio di una delegazione d'inchiesta per verificare le condizioni dei detenuti politici nelle carceri italiane. Nel novembre del 1935 si trova iin Egitto per svolgere, per conto del PCI, azione di propaganda tra le truppe italiane che muovono verso Suez. Nel corso degli anni 1935-36-37, svolge1936, 1937 svolse numerose missioni clandestine in Italia, come inviato del centro estero del Partito, con l'obiettivo di mantenere viva una certa attività antifascista organizzata.
