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Suite à une dénonciation pour « communisme », il a été (selon les sources) interpelé et arrêté le 2 septembre 1941 avec deux camarades, Albert Gokelaere et Lucien Clément, par la police française à Montigny-lès-Cormeilles. Il fut incarcéré, puis fusillé comme otage au Mont Valérien (commune de Suresnes) avec ses deux camarades, le 16 septembre à la suite des agressions des 6, 10 et 11 septembre 1941 contre les armées allemandes commises par des militants clandestins communistes.
Les autorités d’occupation décidèrent de fusiller en représailles dix otages le 16 septembre 1941 au Mont Valérien : René Joly quarante et un ans, fut passé par les armes en compagnie de Lucien Clément, vingt neuf ans, Lucien Matheron vingt et un ans, Albert Gokelaere vingt-six ans, Jules Bonnin vingt-quatre ans, David Liberman dix-neuf ans, Chil Opal cinquante ans, Isaïe Bernheim soixante-douze ans, Henri Bekerman vingt et un ans et Léon Lucien Blum soixante-deux ans.
Le lendemain, le quotidien Le Matin publiait un «Avis» avec les noms, accompagnés d’un texte du journal collaborationniste qui relevait que parmi les dix hommes qualifiés de « communistes » il y avait « cinq Juifs ». Un appel à la délation était lancé : « Tout Français, digne de ce nom, doit donc aider la justice à faire la lumière dans ces affaires et dénoncer les criminels. Les Français se le doivent à eux-mêmes, ils le doivent à leur famille. »
Le 19 septembre l’Humanité clandestine titrait : « Honte au général assassin Von Stülpnagel qui a fait fusiller à nouveau dix otages parmi lesquels trois jeunes de dix-neuf et vingt et un ans et un vieillard de soixante-douze ans. » Les dix noms étaient suivis d’une phrase vengeresse : « Le sang de ces martyrs, victimes des cannibales fascistes, crie Vengeance ! Et le jour viendra où l’ennemi Von Stülpnagel devra payer. »
Le corps de René Joly fut restitué à sa famille le 10 janvier 1948 et son inhumation eut lieu dans le carré militaire du cimetière de Franconville. Son nom figure sur une plaque commémorative du cimetière et le conseil municipal donna son nom à une rue de la ville.