此刻，即将受难的张振武尚浑然不觉，他仍在北京到处会客，与各界人士联络感情，以图为将来的事业打下基础。8月15日晚，张振武与湖北来京将领在六国饭店宴请姜桂题、段芝贵等北洋将领，以消除南北军界革命期间的隔阂并化解之前的敌意。而当时段芝贵已知处决张振武的密令，一席未终，段即称有事先行告辞，其余客人也纷纷退席，气氛颇为诡异。

当晚10点，酒阑人散，张振武偕友人离开六国饭店。当时共有三辆马车，张振武的老表、前江西协统冯某在前，张振武的马车居中，湖北参议员时功玖的马车居后。冯的马车驰至大清门栅栏时首先被拦，一军人问他：“你是不是姓张？”冯说：“我不姓张，我姓冯。”于是冯被放行。接着，张振武的马车来到，在问明正身之后，张振武即被五花大绑，用大车解送到西单牌楼玉皇阁军政执法处。

事情来得过于突兀，张振武一下就蒙了，他大声质问军法处长陆建章：“我究竟犯了什么罪？竟然要逮捕我？”陆建章微微一笑，顺手将黎元洪的密电交给他看，张振武看后大声驳斥：“胡说！胡说！”陆建章再一笑，随即向张振武郑重宣布：“大总统接副总统密电，谓张振武率党徒方维在京谋不轨，破坏统一，即行正法。”听得此话，张振武惊得眼珠子都快蹦了出来：“何以执行如是之速?”

这回，陆建章不笑了，他摊开手，表示军令如山，无法转圜。

据说，张振武死前写了三封遗书，其中一份是给黎元洪的，信中称：“元洪足下：我能手造中华民国，自起义以至今日，实属傥来之岁月，死生久置之度外矣。但恨不死于战场而死于雠仇之手耳。好一个爱既不能，忍又不可。足下如再爱我，请将我全家杀戮，使一家骨肉聚首九泉，振武感激不浅。足下之待英雄真是神圣不可侵犯。古人云狡兔死、走狗烹；飞鸟尽、良弓藏。言念及此，肝肠寸裂，暗无天日之世界，我亦不愿活矣。总统不交法庭而下军令，不以刀杀而以枪毙，不赴法场而赴暗室，死后有知，当为雄鬼以索其命。”临死之人，其言也恨，张振武对两位总统的激恨怨愤，溢于言表，透于纸背。

1912年8月16日凌晨1点，也就是张振武被捕三个小时后，在未经任何审讯的情况下，这位首义元勋被绑在军法处的木桩上吃了六颗“花生米”，就这样不明不白地成仁了。临刑前，张振武仰天长啸：“想不到共和国也如此黑暗！”同晚，随同张振武一起进京的“将校团”团长方维也在旅馆被抓（比张尚早一小时），并于凌晨在城外处决。

当晚，湖北籍参议员刘成禺、时功玖、郑万瞻等人尚在为营救张振武而四下奔走，孰料斯人早已魂归天外。看到张振武死后的惨状后，时功玖忍不住抚尸痛哭：“这是冤狱！我们要替振武报仇，要报仇！”