当时陈璧君还在广州，汪精卫一到上海，就用中文密电打到广州德政北路陈璧君的寓所，告知他已经返回上海。陈璧君也用密码回电给汪，要他千万别公开露面，必须改名换姓，住进上海虹桥医院，一切等待她到沪后安排。这两份密电，都被重庆国民党中央军委会特种技术研究室中文组截获并破译，送交蒋介石。蒋介石觉得汪精卫既然秘密返沪，又是住在医院里，防卫一定不如以前严密，就命令戴笠趁机暗杀。
戴笠派人潜入虹桥医院，买通医生、护士，每次给汪送药的时候，秘密掺进适量无色无味的慢性毒药，汪精卫终于毒发死去。第46
这一突然的变化，也使日本方面措手不及。经过斟酌，直到选定陈公博继任南京伪国民政府主席之后，又把“移尸”的细节作了妥当的安排，通知陈璧君急速赶到日本充当演员，这才在11月12日由南京伪国民政府成立一个“丧典委员会”，发出讣告，并于当天由专机“海鹣”号将“灵柩”从日本空运到南京。用不着多说，从日本空运来的，当然是一具空棺。在礼堂接受吊唁时的尸体，才是真的。
汪精卫生前死后，施旦一直都在他的身边护理、守灵。开吊以后，改由陈璧君守灵。那一段时间，陈璧君知道汪精卫一死，即便伪政权还能存在，也不会有她的好日子过，因此脾气十分暴躁，动辄发火。施旦趁她离开灵堂的时候，也曾经身着丧服到灵前最后祭奠了一番。为躲避陈璧君的谋害，她没有参加送葬的行列，就带上汪精卫生前的物品及送给她的财物，更名改姓，到香港定居，还将汪精卫的衣物做了一个“衣冠冢”，终生守墓，没再嫁人。
日军的试验品关于汪精卫之死，多年来一直众说纷纭，除了以上两种说法以外，还有一种说法流传甚广，那就是汪精卫是被日本人杀死的。
伪国民政府主席任上的汪精卫
1944年3月，帝国大学附属医院著名内外科大夫经过紧急会诊，认为汪精卫主要是铅毒入骨导致病变。第一外科部上野博士立即决定进行第二次开刀，做削骨去毒手术，由年轻的副手龟田良宏负责具体手术。龟田大夫早年出生于中国，曾在天津上过两年中学。“七七”事变后，他随父母返回日本，在仙台攻读医学，后来征召在帝大医院任外科医师。他的未婚妻小笠顺子也在该院当护士。在制订手术方案过程中，上野博士建议去掉一节胸椎骨，并同时从病人的骨骼上锯下一块骨头来，仿制成胸椎骨移植上去，以消除原来的病骨对神经的压迫。而另一名骨科大夫黑田久雄则提出了第二方案，主张削骨去毒手术后任其自然愈合，而不必植入仿制的胸椎骨。结果，黑田久雄的方案因为对病人风险太大而被上野博士和龟田大夫否决。
但在进行手术前的半小时，院方突然通知：此番对汪精卫的手术必须照第二方案进行。龟田无奈，只好执行。手术就在当天午夜进行。打开背腔后，他发现汪精卫受铅毒感染的三节胸椎骨已经变形，骨膜发炎溃烂，并严重压迫神经。
一星期后，经拍照检查，汪精卫削骨处非但没能自然愈合，反而已经萎缩，但要重做“植骨”手术已经不可能了。龟田大夫不明白，院方为什么临时改变方案，硬要对一个过了60岁的人做“自然愈合”的试验性疗法呢？他带着这个疑问，几次三番地问了他的未婚妻小笠顺子。原来，小笠顺子的父亲是日本军部情报处的一名要员，所有机密情报，他都有副本留在手头。顺子在情人的再三恳求下，终于亮出了一份“军部指令”。龟田接过一看，见上面写着：
上野博士：
陆军117部渡边大佐，因早年枪创复发，患胸椎骨铅毒症，现住东京皇室医院，欲转去你院做自然愈合疗法。为确保削骨去毒手术的成功，限你们于一二天内，先做一名病理试验，无论何人，均可列为试验对象。注意，这是军部和首相府的最新指令。
