此時已是9月13日零時32分。
周恩來在“三叉戟”起飛不久便接到了報告。在這之前，他曾以這架飛機須有周恩來、黃永勝、吳法憲、李作鵬“四個人一起下命令才能飛行”的指令，試圖阻止該機起飛。但因李作鵬有意篡改命令而未能奏效。
對林彪等人突然乘機離去的意圖，暫時還是個未知數。為此，周恩來命令李德生坐鎮空軍司令部，監視飛機動向；派楊德中隨吳法憲去西郊機場、派紀登奎去北京空軍司令部，以便從各方麵掌握情況。隨後，他向全國發布禁空令：關閉所有機場，所有飛機停飛，開動全部雷達監視天空。周恩來還請調度員用無線電向256號飛機呼叫，要林彪等人飛回來，告以：“不論飛機在何處降落，我周恩來都到機場去接。”但林彪座機不予回答。
在空軍司令部的李德生通過專線電話，不斷將林彪飛機的位置、高度、方向等情況彙報給周恩來。當飛機飛臨中蒙邊境時，李德生向周恩來請示處置辦法。周恩來告訴李：已請示了毛主席，主席說，“天要下雨，娘要嫁人，由他去吧！”
淩晨1時50分，林彪座機飛越中蒙邊界上空。這夥陰謀家叛黨叛國的嘴臉最終暴露無遺。
中共黨內唯一的副主席、毛澤東的“親密戰友和接班人”叛逃了！--這是一件多麼不可思議的事情。然而，它畢竟實實在在地發生在眼前。
林彪等人的背叛行徑使周恩來怒不可遏。他用力按下手中的話筒，氣憤地迸出兩個字：“叛徒！”
麵對如此驚心動魄的重大變故，周恩來十分清楚自己的責任。在毛澤東的支持下，他毅然擔起領導全黨全軍同林彪反革命集團鬥爭的重任。
首先，根據毛澤東的指示，周恩來在人民大會堂召開在京中央政治局成員緊急會議，宣布林彪叛逃事件，研究部署各種情況的應變措施。
隨即，從13日清晨至當天下午，周恩來親自打電話給11個大軍區和29個省、市、自治區的主要負責人，通報林彪外逃情況。在電話裏，他使用的是斟酌過的特別話語，把事情說得既清楚又含蓄：“廬山會議第一次全會上第一個講話的那個人，帶著老婆、兒子，坐飛機逃往蒙古人民共和國方向去了！你們要聽從黨中央、毛主席的指揮。從現在起，立即進入緊急備戰。……”
與此同時，周恩來還將李先念、華國鋒等分別派到京西賓館、海軍司令部和總後勤部主持工作，以便隨時掌握、報告情況。
他特別指示外交部，要密切注意外電報道，抓緊研究和提出因林彪事件引起的對外交涉所需應對方案。
周恩來還和政治局其他成員一起，與總參謀部負責人共同擬定出下發全軍的緊急戰備指示，並對北京地區部隊部署、京郊各機場軍管以及機動兵力安排等進行布置。
13日上午，在周恩來直接指揮下，北京地區空軍將林彪黨羽周宇馳、於新野等劫持的一架直升機迫降在京郊懷柔縣境內，從飛機上繳獲了林彪一夥陰謀政變的大量罪證，為後來查清林彪反革命政變計劃提供了極為重要的線索。
至9月14日下午，待各項必要的工作部署完畢，周恩來在人民大會堂裏已連續勞作達50多個小時。疲憊至極的周恩來剛休息一會兒，便接到來自中國駐蒙古人民共和國大使館的特急報告，從中獲悉林彪一夥機毀人亡的確切消息。
異常的興奮，驅走了周恩來的困乏。他連聲說道：“摔死了！摔死了！”說罷，立即親往毛澤東處報告這一消息。
林彪、葉群、林立果等人確實死了。當256號飛機飛臨蒙古境內溫都爾汗時，因油料不足，飛機進行迫降，隨即機身擦地起火，機上人員全部摔出，焚燒致死。
9月24日，經毛澤東批準，周恩來在人民大會堂福建廳主持會議，宣布將10天來一直拒不坦白交代問題的黃永勝、吳法憲、李作鵬、邱會作四人實行隔離審查。在這前後，林立果在各地的“聯合艦隊”的骨幹分子也相繼被捕歸案。
不久，中共中央《關於林彪叛國出逃的通知》逐級傳達到全黨全國，正式宣布：“林彪於1971年9月13日倉皇出逃，狼狽投敵，叛黨叛國，自取滅亡。……”
“九·一三”事件猶如晴天霹靂，震驚了中國，震動了世界。
林彪集團陰謀奪取最高權力、策動反革命武裝政變的發生，是“文化大革命”推翻黨的一係列基本原則的結果，客觀上宣告了“文化大革命”的理論和實踐的失敗。林彪事件後，周恩來在毛澤東支持下主持黨中央的日常工作。在揭發批判林彪一夥罪行的過程中，周恩來提出並領導了批判極左思潮的鬥爭，它使得黨和國家各方麵的工作有了轉機。
（周延）