弘光元年六月，魯王朱以海監國於紹興。閏六月，唐王朱聿鍵稱號於福州。魯王命陳子龍為兵部尚書，節製七省軍漕；唐王授其兵部左侍郎、左都禦史。
五月，陳子龍監臨吳易義師。陳子龍見其“輕敵，幕客皆輕薄之士，諸將惟事剽掠而已，師眾不整”，“軍紀日弛”，遂與之斷絕關係。至秋天，吳易被清軍殺害，義軍失敗。此時陳子龍因為匡複大業不成，經常沈憂吒歎，至廢寢興。及聞浙東、福州失守，“誌不欲生，孤筇單襆，混跡緇流”。泣然曰：“茫茫天地將安之乎，惟有營葬大母歸死先壟耳。”即於七月遣家歸裏，十一月，殯葬祖母於廣富林。並作長書《報夏考公書》焚夏允彝墓前，“述己所以未死之故，期不負夏公”。南明昭宗永曆二年（西元1647年）初，在廣富林家居時，念生平知友如夏允彝輩一時零落殆盡，周立勳之死亦已數年，而喪未舉，慨然曰：“我死，誰為了此事者。”遂捐地葬之。三月，會葬夏允彝，陳子龍賦詩《會葬夏瑗公》二章，又作《寒食》、《清明》二詞，此係其絕筆。
提督吳勝兆，遼東人，跟著清軍來到江南。1647年四月，吳勝兆因受排擠，密謀策劃反正，他的部下戴之儁是陳子龍的舊識，積極支持吳勝兆起兵，私訪陳子龍，一再請求陳子龍寫信聯絡南明舟山守將黃斌卿率舟師為外應。
據陳子龍學生王沄後來記載，陳子龍認為：黃等“虛聲寡信，事必不濟”，沒有答應戴的要求，並說：“海舶往來，不乏信使，你等好自為之，我決不阻攔”。戴即離去，“自是不複相聞矣”。
但是，據陳子龍生前友人宋征輿記載，陳子龍當時慨然應允，親手寫信聯係黃斌卿，積極參與起義。
兩種說法中，以宋的說法更為可靠，因為王沄續寫陳子龍年譜時，為不給陳子龍遺孀和後代招來麻煩，所以故意在描述中否認陳子龍參與起義。而宋征輿回憶時未曾考慮這一點，因此直言不諱。
十六日，吳勝兆未舉兵而事泄被捕，入獄窮治。清軍汙蔑陳子龍與吳“共謀”，遣兵捕之。陳子龍逃往蘇州，易姓李，改字大樽。當時清軍江寧將軍巴山、都禦史陳錦和江寧巡撫土國寶陰謀乘吳勝兆事，“盡除三吳知名之士”，而以陳子龍為首。五月初，他們派出士兵五百，在蘇鬆一帶大肆搜捕達五六日之久，最後陳子龍在吳縣被捕。巴山等人對他進行審訊，他“植立不屈，神色不變”。陳錦問他為何官？曰：“我崇禎朝兵科給事中也。”又問：“何不剃發？”曰：“吾惟留此發，以見先帝於地下也。”又問，陳子龍凜然挺立，拒不回答。乃執之舟中，令卒守之。五月十三日，陳子龍被押往南京，在途中經鬆江境內跨塘橋時，他乘守者不備，突然投水以死，撈起時已經氣絕，清軍還殘暴地將其淩遲斬首，棄屍水中。時年四十歲。次日，陳子龍門生王沄、轎夫吳酉等在毛竹港找到他的遺體，具棺埋葬。
陳子龍墓
陳子龍墓位於上海市鬆江區餘山鎮廣富林村。1988年修竣陳子龍墓，墓地為花崗石平台，墓碑為清乾隆五十一年（1786年）之原物。墓前有石柱方亭，名沅江亭。有陳子龍畫像碑，刻有傳略。墓門額為原中紀委副書記李一氓書。
為了便於前來謁墓者對墓主的了解，其旁有石刻陳子龍畫像（據雲間邦彥圖）及顧廷龍同誌撰並書的《陳子龍事略》，另有李一氓同誌所書“明陳子龍墓”的墓門，莊嚴肅穆，一代偉人，長眠於此。我們步花岡石的台階而上，在“沅江亭”裏，默念《陳子龍文集》，對這位死節誌士的文學家，益增欽佩。