11月22日，吉鸿昌被秘密押送至北平军分会军法处。当时，何应钦派人将一份印有“立即处决”的电报给他看。吉鸿昌看后轻蔑地说：“行啊！你们什么时候动手啊？”北平军分会由何应钦主持，23日，北京军分会组织“军法会审”。
何应钦：“吉鸿昌！你为什么进行抗日活动？快招出你的秘密来！”
吉鸿昌：“抗日是为了救国，这是四万万人民的事情，是最光明磊落的事情，有什么秘密？只有蒋介石和你们这帮狗奴才，祸国殃民，残内媚外，和日本暗中勾结，干些不明不白的勾当，这才有秘密，才见不得人。”
吉鸿昌说到兴奋处，将上衣解开，袒露出累累伤痕，说：“看！这就是我仅有的一点‘秘密’，是你们军队勾结日本鬼子留给我的‘纪念’！看吧，这上面有你们的枪伤，有日本帝国主义的枪伤，还有你们这些人面兽心的家伙的创伤。它会回答你们的！”随后，他又对中外记者讲起了中国共产党愿意联合一切党派和军队抗日的主张以及蒋介石卖国求荣的罪恶行径。一时间，“军法会审”变成了吉鸿昌的抗日演讲会。当时，有许多记者都很同情他，纷纷交头接耳，连连赞叹。何应钦吓得浑身发抖，面色铁青，气急败坏地宣告“退庭”。“军法会审”只好草草收场。
在这次“会审”中，吉鸿昌受了酷刑。但他从来没有叫过一句苦，喊过一声痛。
吉鸿昌遍体鳞伤回到狱中，他知道死亡在步步逼近，但他强忍伤痛，不放松每一分钟，继续向难友们宣传抗日救国的大义。他说：“我要在牺牲之前尽量把自己的这一份光和热贡献给民族的解放事业。”有人劝他休息一下，他说：“我要永远休息了，你让我多宣传几句吧！”
1934年11月24日，是吉鸿昌殉难的日子。早晨，何应钦按照蒋介石的电令，决定把吉鸿昌“立即枪决”。消息传来，吉鸿昌显得异常镇静安祥。他向敌人要来笔墨纸张，在膝盖上奋笔写下了革命遗书。在这封遗书中，他叙述自己坎坷曲折而终于走向革命道路的一生，痛斥蒋介石祸国殃民的种种罪行，号召人民团结起来，一致对外，抗战到底。写好后，托监刑官送给夫人胡红霞，然后交给党组织。可是，监刑官却交给了何应钦。何应钦看了后气得两手发抖，一把投入火炉中。
同日，吉鸿昌还给夫人、兄弟、朋友写了简短的遗嘱。后来几经辗转，终于到了夫人手中。
1934年11月24日，吉鸿昌就义前写给妻胡洪霞的遗嘱。全文如下：
洪霞吾妻鉴：夫今死矣，是为时代而牺牲。人终有一死，我死您也不必过悲伤，因还有儿女得您照应，家中余产不可分给别人，留作教养子女干等用，我笔嘱矣。小儿还是在天津托喻先生照料，上学以成有用之才也，家中继母已托二、三、四弟照应教（孝）敬，你不必回家可也。
1934年11月24日，吉鸿昌就义前写给兄弟的遗嘱。全文如下：
国昌、永昌、加昌等见字兄已死矣，家中事俱已分清，您嫂洪霞及小儿鸿男、悌悌由您洪霞嫂教养，吾弟念手足之情照应可也，唯兄所恨者先父去世嘱托继母奉养之责，吾弟宜竭
力孝敬不负父兄之托也。
兄吉鸿昌书
十一月二十四日十一时冲
1934年11月24日，吉鸿昌就义前写给好友的遗嘱。全文如下：
欣农、仰心、遐福、慈情诸先生鉴：昌为时代而死矣，家中事及母亲已托二、三、四弟奉养，儿女均托洪霞教养不必回家，在津托喻先生照料教育，吾先父所办学校校款欣农遐福均悉，并先父在日已交地方正绅办理，所虑者吾死后恐吾弟等有不明白之处还要强行分产，诸君证明已有其父兄遗嘱，属吕潭地方学校教育地方贫穷子弟而设款项皆由先父捐助，非先父兄私产也。永昌弟鉴：兄死矣家产由先父已分清学校款您不必过问，您嫂洪霞教养两子您能照料则照料否则不必过问，听之可也，有不尽之言大家商量办去，我心已乱不能再往下写，特此最后一信祈兄等竭力帮助生者感激死者结草鉴书匆匆不尽馀言。
吉鸿昌手启
十一月二十四日
下午13时30分，吉鸿昌慢慢披上斗篷，从容不迫地走出监狱，他视死如归，昂首挺胸大踏步走向刑场。走着走着，他突然停下来，弯腰拾起一根树枝，以大地为纸，奋力地写下了浩然正气的就义诗：
恨不抗日死，留作今日羞。
国破尚如此，我何惜此头！
写罢，他起身对执刑的刽子手厉声说：“我为抗日而死，不能跪下挨枪，我死了也不能倒下！”“给我拿个椅子来，我得坐着死。”特务们不敢违拗，就把椅子搬了过来。这时，执刑特务悄悄溜到将军背后，将军猛然回头，把大手一挥，命令道：“到前面去，共产党员光明磊落，不能背后挨枪，我要亲眼看着敌人的子弹是怎么打死我的……”
当特务在吉鸿昌面前颤抖着举起枪时，他振臂高呼：“中国共产党万岁！”
“中国革命万岁！”
“打倒日本帝国主义！”
在这震山撼岳的呼喊中，中华民族的抗日英雄、党的好儿子吉鸿昌同志倒在了椅子上，年仅39岁。
当时的许多报纸敬佩地称道他“至死不屈”、“吉神色自若”、“这位愤懑不平的将军就义的时候态度从容”。
吉鸿昌被刺、被捕和就义的消息，京津各报纷纷登载出来，就连国民党政府也不得不承认吉鸿昌大义凛然、宁死不屈的英雄气概。
吉鸿昌就义后，党组织派人及时找到烈士的家属，转达了对吉鸿昌壮烈牺牲的哀悼，指出：“鸿昌同志牺牲得这么英雄，这么勇敢，真是中国人民的优秀儿女，我们党的杰出战士。他的精神永垂不朽，他所献身的革命事业一定能够胜利。因为他是为真理而光荣牺牲，他全力以赴的斗争是正义的。中国人民决不会忘记他，党也会永远怀念他的。”
1945年党的“七大”时，党中央决定授予吉鸿昌革命烈士称号。
1951年，人民政府把印有毛主席亲笔题词的“永垂不朽”的光荣烈属证书授予烈士的妻子胡洪霞。
1971年，周恩来在国务院召开的一次会议上指出：“吉鸿昌同志由旧军人出身，后来参加了共产党，牺牲时很英勇，从容就义。很有必要把他的事迹出书。”
1979年4月5日，吉鸿昌烈士纪念馆在河南省扶沟县落成。
1984年，在吉鸿昌烈士就义50周年前夕，河南扶沟人民在烈士陵园吉鸿昌事迹陈列馆前，为烈士塑了铜像；邓小平为河南人民出版社出版的《吉鸿昌将军牺牲五十周年纪念辑》题写了书名。聂荣臻、薄一波也亲笔为纪念碑题名、题词。
1995年，在吉鸿昌烈士诞辰100周年之际，李鹏、乔石、李瑞环、刘华清、张爱萍、迟浩田、程思远等党和国家领导人分别为吉鸿昌烈士题了词。
2009年9月14日，他被评为100位为新中国成立做出突出贡献的英雄模范之一。
伟大的抗日民族英雄吉鸿昌将军英勇地殉国了，他生前的遗愿已变成现实，我们的祖国已成为屹立在世界东方的巨人。他的光辉业绩将永远载入中华民族的史册中，他的革命精神和爱国精神将永远激励着我们奋勇前进！
挥泪继承英烈志，誓将遗愿化宏图。让我们缅怀先烈，继往开来，努力实现中华民族的伟大复兴，把我们伟大的祖国建设得更加繁荣、富强！
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