正当中共中央组织力量全力营救恽代英的时候，中共中央特科负责人顾顺章在汉口被捕并迅速叛变。顾供出恽代英的真实身份，营救工作失败。蒋介石在得知恽代英被捕的消息后,派军法司司长王震南到狱中劝降。恽代英大义凛然,严辞痛斥。4月28日，蒋介石见劝降不成，亲手下令立即处决。4月29日中午，恽代英在南京江东门国民党中央军人监狱，高唱《国际歌》走向刑场，身中数弹，壮烈牺牲。