日本戰敗投降後，這位顯赫一時的女間諜受到了應有的懲罰。
1945年10月10日，一群國民黨憲兵進入北平東四九條胡同34號，逮捕了正在酣睡中的川島芳子。由於她名氣太大，以至於在河北省高等法院公審川島芳子的第一天，法庭上就出現了嚴重的混亂失控局麵。小小的法庭擠進了3 000多名看熱鬧的人。狂熱的人群把窗戶的玻璃擠碎，把椅子踩壞，甚至把門也撞爛了。由於無法控製現場的秩序，法庭公審不得不改期。
被捕的川島芳子麵臨漢奸罪的指控，這個罪名一旦成立，將被判死刑，因此在以後的審理中，川島芳子竭力證明自己不是漢奸，並拿出了許多證據，她認為自己已經是日本人，所以就不能以漢奸論處。其複雜的身世背景令法院一時也無法定奪她是中國人還是日本人。
經多次審訊，1947年10月22日，河北省高級法院最終以漢奸罪和間諜罪將川島芳子判處死刑。判決書大意為：被告雖有中國和日本雙重國籍，但其生身父親為中國人，本身是中國人無疑，被告同日本軍政要人來往密切，在上海女扮男裝進行間諜活動，引發了一·二八事變；其次，被告參與將溥儀及其家屬接出天津，參與了籌建偽滿相關工作，還曾擔任關東軍任命的“安國軍司令”，並多次進行侵犯中國主權的活動，因此應以漢奸罪論處。
1948年3月25日上午，北平宣外第一監獄，川島芳子身穿灰色囚衣、橄欖色毛料西裝褲，被拉到了獄牆的一角執行槍決。令人驚奇的是行刑官的第一次開槍，居然沒有扣響。行刑官再次扣動扳機，子彈從川島芳子兩眉之間穿入。
川島芳子的死訊立即引起了各大媒體的關注。當記者們蜂擁而至時，他們麵對的是緊緊關閉的監獄大門，隻有兩位美聯社記者被允許進入。
川島芳子被槍決後的次日，國民黨當局公布了現場照片。但照片中的川島芳子已經血肉模糊，麵目全非，很難看出是不是她本人。於是，各種懷疑和猜測接踵而至，北平大大小小的報紙都把川島芳子被處決的消息放在頭版，並紛紛陳述疑點。隨後不斷有爆料出台，引起社會輿論嘩然，其中最重要的疑點就是川島芳子本人始終留的是男式短發，無論是穿西裝或日本和服乃至中式服裝，她從沒換過發型。但被公布的那張照片上，死者的頭發卻披散到肩，麵部難以辨認。
因此有人懷疑川島芳子並沒被處死。《大公報》甚至直接說，川島芳子的死刑實際上並沒有執行，被處死的隻是她的一個替身而已。
還有一個在當時廣為流傳的說法是，川島芳子在被執行槍決的幾天後，有位叫劉鳳貞的女子報案，稱自己的母親失蹤了，並且她還說，她的姐姐劉鳳玲曾經是川島芳子的替身。劉鳳玲服役期間得了絕症，於是劉母以10根金條的價格，把其賣給了川島芳子，作為她的替身。
對川島芳子極其熟悉的日本家庭教師本多鬆江也曾對人說過：當我聽聞死者長著又密又厚的頭發時，我立即意識到這不是芳子。川島芳子的親哥哥金憲立多年後在一篇回憶錄中也提到，肅親王家在東北靠近蒙古邊境處有領地，就在川島芳子被槍決後不久，領地的看守人曾打電話給他，對他暗示說川島芳子已經平安到達，並準備出境。
川島芳子之死至今仍是一個謎，有人說真正的川島芳子在戰後一直隱居在長春，直到1978年才去世。事過境遷，至於川島芳子當年是否被真正槍決，已經不再重要，因為她的名字已經刻在曆史的恥辱柱上，從格格到漢奸的傳奇人生也就隨著那一聲槍響而灰飛煙滅了。
暗戰1937
第一次會麵的初步交流中，文強用出色的表演技能和編造好的身世蒙混過關，取得了“毒蛇”的信任。楠本實隆不但對文強說的話深信不疑，還送了一萬法幣作為見麵禮。
1937年9月，日軍統帥部派高級間諜楠本實隆少將潛伏在上海。此人外表看起來忠厚善良，實則陰險狡詐，手段毒辣。他長期在平津一帶活動，對中國社會研究得相當透徹，曾經多次破壞軍統的行動，還親手殺害了不少特工。戴笠恨之入骨，將其稱為“毒蛇”。在得知這條毒蛇潛入上海的情報後，戴笠不敢小覷，但他又百思不得其解：這位長期活躍在華北、內蒙和東北等地的間諜，這次來到上海究竟有什麼企圖呢？憑著自己的經驗斷定，“毒蛇”此行絕對有大動作，於是下令軍統展開深入調查。幾天後，“毒蛇”的動向被報了上來，戴笠聽後十分震驚。
原來“毒蛇”上海之行的目的，是為了竊取國民黨軍事委員會對日作戰的戰略部署。