川岛芳子来到北京之后，便有条不紊地着手进行“和谈”之事宜。首先，川岛芳子利用自己过生日的机会大事铺张，遍请在京朝野名流。紧接着，川岛芳子又通过大汉奸周佛海、陈公博等人，与军统特务头子戴笠搭上了线，希望戴笠能助她一臂之力。作为答谢，川岛芳子将负责把南京伪zf的特务分布网和北平谍报人员名单送给戴笠。戴笠早就十分仰慕川岛芳子的谍报才华，欣然同意双方进行初步的接触，并派亲信唐贤秋扮作北京大药商行的老板与川岛芳子直接磋商有关事宜。
但是，川岛芳子的社交手腕和“美女政策”最终没有取得成功。随着日本军国主义在太平洋战场和东南亚战区的节节败退，这位昔日权柄炙手的“东方魔女”已经渐渐失去了自己的表演舞台，在挣扎和孤寂中等待着历史对她的惩罚。
随着投放在日本广岛、长崎的两颗原子弹的爆炸，苏联出兵我国东北，日本帝国已经彻底走向了末日。1945年8月15日，日本正式宣布无条件投降，中国抗日战争取得了胜利。川岛芳子这个时候已经到了穷途末路的地步。有人曾劝她逃回日本或逃往内蒙古，但她没有同意，仍然与她的秘书小方八郎等人住在北平东四九条三十四号的家中。
1945年10月10日，也就是在日本投降还不到两个月的时候，川岛芳子被捕了，随后她被押往位于北平北城的民国第一监狱，也就是原来的日本占领军陆军监狱。作为第一号女汉奸，川岛芳子被捕后当局却对她礼遇有加，不仅是一人一室，而且也未给她戴手拷，据说是北京军统局特意关照这样做的。在关押时，川岛芳子很想见到日本人，所以装作不会说中国话，她甚至要求找一个日本人来给她作翻译。
川岛芳子生死之谜
川岛芳子在第一监狱一直住到了第二年的7月，此后她被移送到了河北省高等法院羁押，等候审讯。1946年7月3日，南京《中央日报》刊登了对川岛芳子的起诉书，主要内容如下：金壁辉，即川岛芳子，亡清肃亲王之女，成长于日本；“九·一八”事变后返国，往来于平、津及敌国、满洲之间，从事间谍活动；曾任伪满皇宫女长官及伪满留日学生会总裁，溥仪游东京时负责接待；组织伪安国军；“七·七”事变后，向敌建议利用汪精卫组织伪南京zf，反抗祖国，延长战祸；在日本用文字和广播，发表我军政内情；图谋复兴满族，统一中国，唆使伪帝溥仪迁都北平。
这份起诉书意味着，川岛芳子将会被依据《惩治汉奸条例》和《特种刑事案件诉讼条例》而审判，也就是法庭会把她当成一个中国人来审判。起诉书刊登之后，围绕川岛芳子的相关报道便频频见于各种报刊，川岛芳子的名字短时间内闻名全国，她复杂的身世和经历吸引了人们大量的目光。1947年10月8日下午2时，在北平天*安门西侧的司法部街，也就是今天人民大会堂所在地的北平地方法院大法庭，国民zf对川岛芳子进行了第一次公审。由于公众的好奇心太过强烈，致使法庭无法控制秩序，只得将公审改期。
10月15日，在北平地方法院后花园开设的露天临时法庭上，对川岛芳子进行了第二次公审。川岛芳子在几千双眼睛的注视下，被押解到了被告席上。目击者说，川岛芳子当时略施脂粉，中等身材，体态丰盈，宛如一个中年男人。在法庭上，自命不凡的川岛芳子对审判充满了蔑视，似乎对判决的结果并不在乎，甚至经常让人感到狂妄和自傲。
在公审时，川岛芳子当庭承认了自己的身世和过往经历，但坚决否认自己叛国。川岛芳子明白，如果承认叛国，那么她将会被以汉奸罪而处死。1947年10月22日，河北省高等法院在第一监狱准备对川岛芳子进行宣判。人们看见，川岛芳子穿着黑呢子大衣，绿色西装裤，黑色皮鞋，面施脂粉，短发光亮，显然经过了精心的修饰。她还刻意地左顾右盼，频露笑容，来掩饰自己内心的不安。法庭的判决是这样的：“金壁辉通谋敌国，图谋反抗本国，处以死刑，剥夺公权终身，全部财产除酌留家属必需生活费外全部没收。”据说，当川岛芳子听到了对她的判决后，“面容陡变，眼泪盈眶，然犹故作镇静，低头干咳不已”。