เกิดรัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2490 ประเสริฐสมัครเข้าร่วมพรรคคอมมิวนิสต์แห่งประเทศไทย และได้รับคัดเลือกไปศึกษาลัทธิมาร์กซ์ที่ประเทศจีน ได้รับเลือกเป็นกรรมการกลางพรรค และได้เข้าร่วมการประชุมสันติภาพสากล 3 ครั้งระหว่าง พ.ศ. 2494-95

พ.ศ. 2494 เป็นหัวหน้าคณะผู้แทนไทยไปร่วมการประชุมคณะกรรมการสันติภาพแห่งโลก ที่กรุงเบอร์ลิน

พ.ศ. 2495 เป็นหัวหน้าคณะผู้แทนไทยเข้าร่วมการประชุมคณะกรรมการสันติภาพแห่งโลกที่กรุงปักกิ่ง และเป็นหัวหน้าคณะผู้แทนไทยไปร่วมประชุมสภาสันติภาพแห่งโลกที่กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย

นายประเสริฐ เกิดความขัดแย้งทางแนวความคิดกับพรรค จึงเดินทางกลับเมืองไทยเมื่อ พ.ศ. 2501 และถูกจับในข้อหากระทำการอันเป็นคอมมิวนิสต์ ในสมัยรัฐบาลจอมพลถนอม กิตติขจร และจอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์ ถูกคุมขังอยู่เป็นเวลา 6 ปี ในระหว่างถูกคุมขังได้แสดงทัศนะเกี่ยวกับการปฏิวัติไทยโดยสันติตามระบอบประชาธิปไตยที่สมบูรณ์ ตลอดจนยุทธศาสตร์และยุทธวิธีในการต่อสู้เอาชนะคอมมิวนิสต์ ต่อพนักงานสอบสวน ซึ่งเป็นแนวทางที่จอมพลสฤษดิ์ ธนะรัชต์เห็นด้วย และมีคำสั่งให้ยกฟ้อง จากนั้นนายประเสริฐได้มีโอกาสเป็นที่ปรึกษาทางการเมือง ได้รับเชิญให้แสดงปาฐกแก่นักศึกษาวิทยาลัยป้องกันราชอาณาจักรหลายครั้ง