По вопросу церковно-государственных отношений Варлаам придерживался позиции Заместителя Патриаршего Местоблюстителя митрополита Сергия (Страгородского). 14 апреля 1931 г. был арестован в Москве по обвинению в «членстве в контрреволюционной монархической организации «Истинное Православие», антисоветской агитации и помощи ссыльному духовенству». 5 июня 1931 г. особым совещанием при Коллегии ОГПУ СССР приговорён к трём годам исправительно-трудовых лагерей, отбывал срок в Сибирском и Беломоро-Балтийском лагерях, после досрочного освобождения в течение года жил в Кашире. 25 июля 1934 г. назначен епископом Рыбинским и Угличским, викарием Ярославской епархии, с августа жил в Рыбинске, служил в Покровском и Казанском храмах. 25 ноября 1935 г. переведён на Псковскую кафедру, но остался в Рыбинске, 30 марта следующего года возведён в сан архиепископа. Арестован 9 августа 1936 г., заключён в рыбинскую тюрьму. Варлааму были предъявлены обвинения в том, что он «являлся активным участником контрреволюционной группы церковников, поддерживал контрреволюционную связь и систематически оказывал материальную помощь ссыльным архиепископу Ряшенцеву Варлааму (город Вологда) и епископу Якубчуку Трофиму (Карелия)... малообеспеченным семьям и отдельным лицам, вёл антисоветскую агитацию... группировал вокруг себя несовершеннолетнюю молодёжь, обрабатывал её в антисоветском направлении (произносил с церковного амвона проповеди антисоветского содержания, привлекал к церковным службам и обрядам, к участию в богослужениях детей)». Постановлением особого совещания при НКВД СССР от 21 сентября 1936 г. Варлаам был приговорен к пяти годам исправительно-трудовых лагерей, отбывал срок в Ухтпечлаге (посёлок Чибью, ныне город Ухта), Устьвымлаге и Севжелдорлаге (Республика Коми). Освобождён в конце мая 1942 г., поселился в селе Кылтове Железнодорожного района Коми АССР, работал в совхозе полеводом-обходчиком. В сентябре 1943 г. назначен архиепископом Свердловским. Арестован 30 августа 1944 г., 21 ноября осуждён судебной коллегией по уголовным делам Свердловского областного суда на шесть лет лишения свободы. Скончался в лазарете Тагиллага.