吉鸿昌在天津陆军监狱被囚禁了九天。1934年11月22日，被武装军警严密押解至北平军分会军法处。当时，何应钦派人将一份印有“立时处决”的电报给他看。吉鸿昌看后轻蔑地说：“行呵！你们什么时候动手呵？”
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？抗日救国是中国人民人人应知，人人能知的事情，哪里会有秘密？只有蒋介石和你们这班狗奴才，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’！”
在这次“会审”中，吉鸿昌受了酷刑。当时执刑的一些士兵，后来也说：从来没瞧过这么硬的汉子，除了骂，他没有叫过一句苦，喊过一声痛。
鸿昌带着满身刑伤回到狱中。他对难友们说：“我就要和大家分手了，我要在死以前，把抗日的道理再和你们讲讲，…… ”他还讲他为什么参加共产党，嗓子都讲哑了，听的人感动得哭了。他劝大家别哭，留下力量打日本鬼子去。后来，他把怀里的金表拿出来，叫典狱长卖了，给大家添点菜吃。他说：“你们一定要保重身体，出了狱就可以去抗日！”
在他殉难的前一天夜里，鸿昌还在宣传抗日，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！”
11月24日，是吉鸿昌殉难的日子。在就义前几小时，他要了笔墨和信纸，先写了一封革命遗书，写了自己走上革命道路的经历，历数了国民党蒋介石的罪行。这封遗书随即被特务送到何应钦手里，他看后一屁股倒在沙发上，脸色发青，双手直抖，把信扔在了火炉里。吉鸿昌还分别给妻子、兄弟和朋友写了遗嘱。给妻子的遗嘱中写道：“夫今死矣，是为时代而牺牲。”他再三叮嘱要好好教育孩子，“以成有用之材”。
24日13时30分，吉鸿昌大踏步走向陆军东场院刑场，面对敌人的屠刀，他“态度从容，谈笑自若”，用树枝作笔，以大地为纸，写上了浩气正气的就义诗：
恨不抗日死，
留作今日羞。
国破尚如此，
我何惜此头！
然后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。”“我为抗日死，死得光明正大，不能在背后挨枪。”“你在我眼前开枪，我要亲眼看到敌人的子弹是怎样打死我的。”然后高呼：
“中国共产党万岁！”
“中国革命万岁！”
“打倒日本帝国主义！”
共产党员、民族英雄吉鸿昌英勇就义时，仅三十九岁。当时的许多报纸敬佩地称道他是“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：“鸿昌同志死得这么英雄，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，人民政府把印有毛泽主席亲笔题词的“永垂不朽”的光荣烈属证书援予烈士的妻子胡洪霞。
1971年，周恩来在国务院召开的一次会上指出：“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，邓小平亲笔为《吉鸿昌将军牺牲五十周年纪念辑》题了书名，聂荣臻、薄一波也亲笔为纪念碑题名、题词。
吉鸿昌的气节和精神永存！