1945年8月15日，裕仁天皇宣布日本無條件投降。
1947年10月22日，川島芳子的判決下來了——死刑。主要的根據如下：
一、 被告雖有中國和日本雙重國籍，但其父為肅親王，其無疑是中國人，據此應判處漢奸罪。
二、 被告同日本軍憲要人來往密切，一·二八事變時，在上海化裝為男人，進行間諜活動。
三、 參與將溥儀接出天津，建立滿洲國的陰謀。
四、 根據各方麵提供的證據，判處被告漢奸、間諜罪名成立。根據國際間諜處罰令第四條第一款，宣判被告死刑。
在宣判的一瞬間，川島芳子顯得泰然、冷靜，甚至有些釋然的感覺。深深地吸了口氣後，她理了理頭發，自言自語地說道：“這些判決完全沒有充足的證據，都是在瞎胡鬧！”法警捉著她的手，帶她走下審判席的時候，川島芳子再次環顧了整個法庭，幾千雙眼睛緊緊地盯著她，有的人已經開始鼓掌，更多的人想從她的臉上找到一絲絕望，但是這個格格間諜帶著微笑離開了，除此之外沒有其它的情緒。
1948年3月25日清晨6點，被關押在北平第一監獄的川島芳子迎來了人生的最後時刻。牢房內的川島芳子在睡夢中被叫醒。隨後，麵容憔悴、目光呆滯的川島芳子被憲兵押著，緩緩走出女監。就在一小時前，川島芳子的上訴最終被駁回。在監獄西南角，兩名法警按住川島芳子的肩膀，讓她麵牆跪下。而後，一聲沉悶的槍聲響起，川島芳子應聲倒地，這個曾經不可一世的女間諜就這樣走完了自己的一生。清晨6：40，一生槍響，刑畢。
1948年3月25日清晨5點，監獄大門外等了半宿要看熱鬧的人們，30多名北平各家報紙的記者冒著刺骨的嚴寒聚集在北平第一監獄門口，他們接到國民政府的邀請，前來報道川島芳子被執行死刑的情況。北平的十幾家大小報社背著照相機的外勤記者，都被拒之門外。據天津《大公報》報道：“金逆璧輝昨晨處死，遺屍已由日僑領去舉行火化，北平記者采訪被拒記聯會提抗議。”但無論他們怎麼交涉，得到的回答依然是謝絕入內。這與之前報道川島芳子庭審時的情況，簡直是天壤之別。低調的行刑難道其中另有隱情？
川島芳子被執行槍決的半年前，1947年10月，國民政府發公審川島芳子的公告。當局邀請了北平各大報紙的記者全程報道庭審過程，甚至還聯係了電影公司為庭審拍攝紀錄片。公審當天，人們紛紛湧入設在北平的河北省高等法院，爭睹日本女間諜的真麵目。由於場麵失控，法官被迫推遲公審日期。再次開庭公審時，法庭設在露天場地上，前來參加公審旁聽的民眾可謂人山人海。
為什麼川島芳子的庭審過程能夠做到如此的公開透明，而眼下的行刑過程卻做得如此的遮遮掩掩？記者們滿腹狐疑，用腳狠踹監獄大門，一旁圍觀的民眾也幫著記者一起砸門。而此時在監獄裏，川島芳子已經被押上了刑場。經記者與監獄反複協商以後，監獄方麵還是沒讓在場的30多名中國記者進入監獄，而隻是讓2名美國記者進去了。
大約又過了1個多小時，川島芳子的屍體從監獄中抬了出來。大家立刻一擁而上，然而令人疑惑的是，眼前的這具女屍滿臉都是血汙和泥土，一點也看不出川島芳子的本來麵目。據說當時用的是炸子，從後腦射入，在前臉炸開，看不出麵目。之後，日本僧人古山大行，受川島浪速委托，向監獄方麵請求安葬川島方子，遂將屍體運走火化。
川島芳子執行死刑後次日，《大公報》、《北平日報》等北平各大報紙在報道川島芳子死訊的同時，竟聯合發表了記者們寫給國民政府司法部的抗議書。抗議書中抨擊了監獄隻許外國記者進入的崇洋媚外的行為，同時還在相關的報道中對監獄方麵遮遮掩掩的奇怪舉動提出了質疑：“為何將死者的麵部弄得那麼血肉模糊，又沾滿泥土，以致使人難以辨認？”更有細心的記者發現：“川島芳子一向以男裝短發著稱，公審時留給民眾的印象依然，但為何死者的頭發卻長得能夠盤繞在脖子上？”這一連串問號，一時間成了家家戶戶飯桌上談論的話題。
然而一天之後，不但國民政府沒有任何動靜，就連各大報紙也都集體失聲，不再對川島芳子的行刑事件作任何報道。繼而，各種傳言紛至遝來，甚至有小道消息說，川島芳子並沒有死。
1948年4月1日，也就是對川島芳子行刑後的第6天，北平的《經世日報》突然曝出了一條驚人的消息，報道詳細講述了該報的一位記者見到川島芳子的來龍去脈，其中還有采訪川島芳子的內容。這篇報道的出現，使本來就迷霧重重的對川島芳子行刑事件，變得更加撲朔迷離。這無疑是一枚重磅炸彈，可是當人們再次把目光轉向川島芳子，並打算尋找證據，探求真相的時候，這位記者卻突然地消失了。而這篇報道也因為他的發表時間是在4月1日，也就是愚人節，而顯得更加真假難辨，撲朔迷離。