此時，張之洞正在鄰州巡察，接到呈文後，不聲不響來到梅州。到了州府，他二話沒說，召集一幹人等，立即登台審案，並讓許公衛設座於一旁。
張之洞先傳張界，詢問當日發生之事，張界毫不隱瞞，將前因後果盡數說出，將罪責全推脫至文弼監斬不力。張之洞將驚堂木一拍，喝道：“將文弼拿下！”衙役上前將已經體若篩糠的文弼踢翻在地，押到一邊。
接著，張之洞又斷喝一聲：“傳當日行刑清兵阿三！”一會兒，阿三押到，張之洞用手點指：“爾雖酒醉，但在兵營曆練多年，居然咫尺之內，揮刀不能斷其頸項，其中隱情如實招來。”
阿三跪倒在地：“隻因飲酒大醉，神智不明，再加上天色昏暗，懵懵懂懂之中揮刀而出，隻覺砍到肉身，不想卻是囚犯肩胛，求大人明察！”
張之洞一聲冷笑：“本官明察秋毫，你這點伎倆休想瞞過老夫，你受何人主使，從速招來，免得受皮肉之苦……”
兩邊衙役一起斷喝：“速速招來！”堂威一起，嚇得阿三匍匐在地：“是馬千總馬大人讓俺虛晃一刀，隻需砍中蔡楚生肩胛，出血即可。”
張之洞哈哈大笑：“我就知其中必有隱情！”馬千總被押上堂來，如實招供：行刑前幾日張界找到他，說想下個套讓文弼倒台，並許諾文弼倒台之後，他可接替文弼遊擊之職。馬千總一方麵想得其官位，另一方麵文弼在營中，克扣軍餉，脾氣暴虐，常以折磨虐打下屬為樂，一幹官兵早對他恨之三分。所以他便找到心腹阿三，麵授機宜。
案審到這裏，眾人皆以為完事了。哪知張之洞對旁側的許公衛微微一笑：“想張界一小小吏目，又有何能力說讓千總接替了遊擊之位？”
許公衛聞聽此言，冷汗直出，乃自摘烏紗，跪倒在地：“大人明鑒！此案全由下官引起，下官自請處分。”
原來許公衛和文弼文武之間素來不合，文弼的飛揚跋扈，早讓許公衛視其為眼中釘，但以許公衛的職權，想拔除他，還不能為之。於是許公衛就和張界商議：假監斬之名設局，故意讓死囚處斬未死，好借機扳倒文弼。於是他將蔡楚生的行刑文書扣押了幾日，然後借口外出，讓張界為監斬之事，求助文弼。一向視章法為兒戲的文弼果然中計。
見許公衛自請處分，張之洞根本不為所動，而是冷笑一聲：
“許大人處心積慮，難道隻為文武不和嗎？”一句話，嚇得跪下的一幹人等俱失了臉色。張之洞看在眼裏，說道：“爾等與我同去一個地方。”
張之洞起轎，一幹清兵和三班衙役押著許公衛等人竟來到蔡楚生墓前。清兵打開棺蓋，蔡楚生死去多日，屍體已經腐爛。但令人奇怪的是，蔡楚生還穿著被處死時的囚衣，渾身依然是血跡斑斑，一身的泥濘。張之洞環顧左右說道：“這蔡家收屍後，連蔡楚生的衣服都未換。如此不近常理，隻有一個原因……”停了片刻，張之洞見周圍的人俱側耳等其下文，便拈須一笑：“因為死去的根本不是蔡楚生！”
眾人皆驚，張之洞回頭望了一眼許公衛：“至於此人為誰，那就要問許公衛許大人了。”
許公衛見隱瞞不過，隻得如實招來：原來，蔡楚生事發之後，為了保住蔡楚生的性命，蔡家給許公衛和張界各送了一份巨額厚禮，想讓官府給蔡楚生重新定罪。但因此事影響過大，許公衛等人也怕弄不好丟了自己的烏紗。於是就想到處斬時做些手腳；同時他們又想借這次行刑之事，設局扳倒文弼，於是就想了個李代桃僵之計。上刑場的是蔡楚生，張界和其約好，一旦劊子手開刀之後，立即倒地裝死。然後趁暮色逃往張界安排好的藏身之所。哪知那日天遂人意，恰恰又來了一場大雨，讓一切做得天衣無縫。次日淩晨，張界從牢中放出另一囚犯，告訴他，在法場旁側的大槐樹下，有人接應他逃走；如遇清兵盤查，隻需說自己是蔡楚生，可保無事……
案情真相大白。清兵前往蔡家，將正在家休養療傷的蔡楚生重新收監。由此，幕僚們俱言張之洞神明。張之洞忍俊不禁，仰天大笑，笑畢，他告訴眾人：“之所以我對此案胸有成竹，是因為來梅州之前，已收到蔡家訴狀，狀告許公衛、張界收其錢財，文弼違規監斬。那時，可能蔡楚生正在張界之處藏匿，而張界為了敲詐文弼銀兩，沒有將屍體返還蔡家，誤使蔡家以為蔡楚生真的被斬；其後，蔡家得到屍體，知道處斬的是一替身，蔡楚生安全返回家中，又想托人收回陳狀，但如此一反複，已使我明白其中的蹊蹺所在。此案牽扯人物眾多，頭緒複雜，難免聯絡不暢，此所謂百密一疏。至於我，哪裏有什麼神明可言！”
案後，許公衛被判終身監禁，張界處斬，文弼充軍，馬千總和阿三等一幹人等俱有處罰，梅州奇案由此得以在民間廣為流傳。