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1947年10月8日，河北省高等法院对川岛芳子进行了公审。法官在拥挤的人潮的围观之下做出正式判决，判定川岛芳子是叛国者，并处以死刑。判决文称：
一、被告虽有中国和日本双重国籍，但其生身父亲为肃亲王，无疑是中国人，应以汉奸罪论处；二、被告同日本军政要人来往密切，在上海“一？二八”事变中女扮男装进行间谍活动，引发了“上海事变”；三、被告参与了将溥仪及其家属接出天津，为筹建伪满进行的准备工作；四、被告长期和关东军往来，并被任命为“安国军司令”。
判决书首先确定了川岛芳子的中国人身份，这是她罪行的起点。然而这个起点却涉及到一段复杂的历史，一段坎坷不幸的人生。清室遗族与民国政府始终关系不睦，民国初立，北洋军阀混战，黎民流离，而皇族仍坐享厚禄，自然招怨，最后冯玉祥撕毁民国的协议，以致皇族人人自危，这种改朝换代的无情无疑给日本侵略者提供了一个插手的机会。所以，川岛芳子其实只是被利用的工具。
庭上的川岛芳子面施白粉，梳着油亮的短发，穿一件黑呢大衣，毫无愧色地走到被告席上。在受审中，她狡词巧辩，凡对自己有利的问题，即作出回答；对自己的罪行却讳莫如深，反问庭长：“你是怎么知道的？”还大言不惭地说：“我衷心热爱中国，尽管加入了日本国籍，还是发誓忠于清王朝。”
由于芳子身世的特殊，和她所从事的特殊的“职业”，公开审判时围观者非常多，一度造成搔乱，南京的《中央日报》和东京的《朝日新闻》事后对此作了如下报道：
“河北省高等法院于8日公审金璧辉（川岛芳子）时，法庭上出现了严重的混乱局面。因为是公审东方的玛塔？哈丽、著名女间谍川岛芳子，三千多名看热闹的人一齐拥进了小小的法庭。狂热的人群有的把窗玻璃挤碎，有的把椅子踩坏，造成一片混乱。由于无法控制秩序，公审不得不改期。”
可以想见，当时国人对于川岛芳子间谍案的兴趣有多浓厚了。后来，经过多次审讯，1947年10月22日，河北省高等法院正式以汉奸、间谍罪判处金璧辉死刑。民国政府在法庭还进行了公诉，向法院出示了三件物证，第一件是一张川岛芳子身着戎装的照片，这是她作为日本帮凶安国军司令的确凿证据；第二件物证是刻有司令字样的四方大印；第三件是日本作家村松梢风写的《男装丽人》和《满洲的黎明》两本小说。
最后这次审讯中，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。法庭的最终判决是这样的：
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”。
被判处死刑后，川岛芳子开始否认自己的中国人身份，她不断地给养父川岛浪速和秘书小方八郎写信，要求他们尽快为自己搞到日本国籍的有效证明，这样她就可以再通过律师的辩护，把自己从汉奸的法庭拉到审判日本战犯的法庭。
川岛浪速在给川岛芳子辩护律师的信中进行了解释，说：“亲王与我情胜手足，因为同情我家中无子，所以亲王才在1912年将年仅6岁的幼女芳子送至东京，从此芳子就成为了我家的孩子。”然而正因为这份由养父提供的材料，使得川岛芳子在法庭上再也无力为自己的身世辩解。
至此，等待着川岛芳子的，就只剩那最后的枪声了。除非有奇迹发生。而奇迹到底有没有发生呢？
川岛芳子被关押在北平第一监狱，第一监狱位于北平南端，周围是乱坟地和农田，处于北平外城的边缘。一走进丞相胡同，就可以看到沿外城墙修建的这座监狱高大的灰包围墙。这里以及河北省高等法院、高等检察院的治安都由北平西区宪兵队负责。西区宪兵队长是十九团二营四连少校连长谭良泽。
1948年3月24日，谭良泽接到11战区司令孙连仲的密令：“明天早晨拂晓处决金壁辉。准6点执行。行刑前必须严守秘密，要牢记前次公审金壁辉秩序无法维持的严重局面。事前做好充分准备，警戒与治安由西区宪兵队负责。”
谭良泽不禁想起不久前在河北省高等检察院公审川岛芳子的情景，真是混乱无比。平时这条大街上除了往来的车辆，很少有人经过。可是公审川岛芳子那一天，电影公司的摄影师还用卡车运来了大型摄影机；全城四面八方的市民拥向检察院，出现万人空巷的场景；检察院外有人爬上墙，有人爬上树，有人登上停在马路旁的汽车顶，有人站在房顶上，真是拥挤得无立锥之地。乱成一团的群众，甚至挤坏了一辆停在附近的汽车。当川岛芳子被法警带到审判庭上时，为了能看到川岛芳子，人流如同潮水一样拥进来，宪兵队和警察都无法控制秩序。检察院楼房已经岌岌可危，首席检察官陈广德不得不宣布公审延期举行。为了避免出现上次法庭混乱的情况，这次谭良泽所属部队做好了充分的心理准备，务必保证次日的处决顺利进行。随着时间一点点流逝，25日的凌晨终于到来了。
先来看看3月26日多家报纸发表的同一口径消息的摘录：
“3月25日凌晨，记者们获悉大名鼎鼎的日军密探女汉奸金壁辉执行死刑的确切消息后，即不顾夜间街道的黑暗，急忙赶到关押金壁辉的第一监狱门前集合，准备报道现场情况。这次法庭也采取了出乎常规的行动，为了将处决清朝末裔女子的情况传播到社会上，特请摄影记者也前来拍现场情况。三十多名新闻记者赶到第一监狱，在紧紧关闭着的铁门外等了又等，却看不出有打开铁门的任何迹象。不管是推门、敲门、还是叫门，都毫无反应。时间不停地过去，大家十分焦急。到清晨4点左右，监狱长总算是从里面略略打开了铁门，但他只允许三十多名记者中的两名外国记者进去，其他中国记者严禁入内。据说这是一个叫吴盛涵的审判官下达的命令。但这决不像他个人的主意。尴尬的记者还不死心，他们沿着监狱高高的围墙转了一圈，企图找到一个入口，结果只能是徒劳。黎明6点钟，突然听到从关押川岛芳子的牢房附近传来一声沉闷的枪声。天大亮时，第一监狱的大门前，挤满了看热闹的人群，不一会儿，监狱里出动了约两百名警察，他们将看热闹的人群赶到远离大门的地方。接近中午时分，大门里面才有些动静，监狱又重又厚的大门打开了，从里面抬出一副担架，担架上就是处死的女囚——川岛芳子的尸身。由于事先日方请求按日本人的风俗安葬，法院根据这一要求，决定把遗体交给战前就住在北京的日本长老古川大航。古川揭开席子一看，只见她蓬头散发，从脸到脖子全是血污和泥土。一代天骄金司令的仪表已烟消云散，毫无踪影。以古川长老为首的两三个日本人，立刻将事先准备好的白布铺在地上，把遗体紧紧裹住，再盖上绣着五颜六色花样的布。长老简单地念了几句经，便将遗体抬到卡车上。下午两点多钟，即运往朝阳门外日本人墓地火化。”
——回到3月25日当天，当日人们聚在一起就谈论金壁辉事件，很多老百姓都不相信死者是金壁辉。第二天，报上刊登了各家报社联合给司法当局的抗议书。确实，行刑不让记者亲睹，而且尸身也糊糊不清，实在难以叫人信服。
另有日本作家渡边龙策在他写的《女间谍川岛芳子》一书中这样写到：
报道引出了各种疑问。过去一直把川岛芳子作为杀一儆百的典型，大肆进行宣传，甚至将公审的部分情况拍成纪录片。为什么最为关键的行刑场面，却搞得如此神秘？处理得那么简单？为什么无视惯例，连新闻记者都被赶出现场？为什么只许两名外国记者进入现场？为什么将面部等处弄那么多血污和泥土，以致难于辨认人的面目？为什么单单选择辨认不清面孔的时间执行死刑？
川岛芳子的死在社会上引起哗然后，第一监狱当局通过监狱女看守发表了一篇谈话，公布了川岛芳子行刑前后的情况：
“法警来后，我才知道这件事。我将川岛芳子从睡梦中叫醒，她就被带走了。开始，我并没有觉察到是执行死刑。我带她一起出了牢房，当走到女监长廊的尽头时，只见门口站着两名男看守在等着她。因为我是女看守，任务就是把她送到这里，当我刚要返回时，才恍然大悟，想到是要执行死刑。不大工夫便听到了枪声。”
法院当局还通过一些报纸，刊登了据说干过20年看守工作的某看守长的谈话：
“被叫出来的金壁辉，对死是有充分思想准备的，当最后生存的一线希望断绝时，她还想穿上她父亲送给她的白绸裤子，但却没有得到准许，她也就老实地服从了。”
尽管法院公布了这些处刑前后的情况，却还是没有解除人们对川岛芳子之死所产生的疑团。尤其是在北平居民中间，留下了许多猜测。甚至连川岛芳子的亲哥哥宪立也不能确定妹妹的生死。摘录宪立日记中最后一节的原文看看：
“……芳子处刑后的尸体，如果没人认领就会被送到公共墓地，同许多尸体堆放在一个坑里埋葬。因为我不希望那样做，所以托了日本和尚认领尸体，而且必须立即火葬。因此日本和尚领尸后，就立刻火化了。这是事实。这具尸体，是否是芳子的我还没有足够的材料做出判断。收领尸体的和尚并不认识芳子，即便看见脸面：因为子弹是从头后部打进，从面部穿出，炸得令人难以分辨。所以很难说究竟是什么样的模样。芳子现在是生是死？我却无法做出判断。”
究竟川岛芳子在3月25日有没有被枪毙？监狱里面到底发生了什么？
3月25日凌晨，在十九团二营四连宪兵队的警戒护卫下，法警到北平第一监狱单间牢房提人。川岛芳子的牢房从一道铁门进去，是一个大坝，拐弯进去狱长办公室，环境肃穆森严。牢房是一小间一小间的平房。她的囚室是正方形的，由于年久失修，四周的白墙已经变成灰色，不少地方墙粉已经剥落。房间高度有3米半左右，上方有一个70公分见方的铁窗。天棚角上，有一个30公分的窟窿，吊一个小灯泡，与隔壁牢房共用。房间里放着一张宽一米、长两米左右的木床，角落里放着一个大马桶。
此时法警把川岛芳子押赴刑场——北平第一监狱的一块空地上，四周是高墙。负责警戒的谭良泽与狱长都认为刑场并不开阔，人多不安全，决定不放进任何记者，但不知什么原因竟然混入两名记者。此时，刑场内有法官、狱长、行刑的法警、法医、两名记者以及监督行刑的十九团二营四连的宪兵队。被带到刑场中央的川岛芳子，由于经常吸鸦片和吗啡，再加上一年多的牢狱生活，脸色发黄，又显得浮肿，一头齐耳短发，看上去四十多岁。川岛芳子态度很沉着。法警将她带到桌子前边，按法律规定核对了姓名，得到本人回答无误后，便宣布罪状和死刑判决书。
据谭良泽的回忆，在宣判其死刑的一瞬间，川岛芳子面不改色，显得很冷静，让人感到川岛芳子似乎正在盼望这一天的到来。最后问了问她是否要留遗嘱，可她什么也不说。接着按惯例给死刑犯两个馒头，但她不想吃。法官问她：“金壁辉，河北省高等法院今天奉最高法院命令，执行你的死刑，你有什么话要说？”她微微抬了抬头：“请求允许我给父亲川岛浪速写一封信！”法官说：“同意你的要求。写信要人代书吗？”“不用。我自己写。”“你能用毛笔？”“可以。”法警替她托着砚台。她写得一手娟秀日文，站立着一气写下。
谭良泽记得当时她写了两张十行纸，内容大意是：
父亲大人：
终于三月廿五日的早晨执行了，请告诉青年们永远不止地祈祷中国之将来，并请到亡父的墓前告诉中国的事情，我亦将于来世为中国而效力，义女芳子。
法官又问她还有没有其他要求，川岛芳子请求转交这封遗书给义父，并希望穿上义父川岛浪速送给她的一身白绸衣服，法官同意转交遗书但穿衣服的要求被拒绝了。
这时两名法警走过来，将她架着，转过身去，向前走了十几步，面对监狱的围墙站定。准备在旁的一名法警听到口令后，走到川岛芳子身后，托起步枪，上膛、瞄准，扣动扳机，对准川岛芳子的后脑开了一枪，却是哑弹，估计是枪械故障，该法警再次拉动枪栓，第二次扣动扳机，金壁辉应声倒地。子弹由后脑穿出右额。法官、狱长、法医上前去验尸，将她翻身朝上。这时的芳子，两眼圆睁，口角溅着血和泥土。不久之后，川岛芳子的尸体被从刑场里抬出，让群众围观。
这样看的话，川岛芳子确实是被枪决了的。但是正当3月末的北平城春暖花开，人们逐渐忘却了几天前的枪决事件的时候，北平人民平静的生活又突然在4月1日这一天被报童的叫卖声打破：“最新消息！最新消息！3月25日被处死的女汉奸金壁辉的替身是刘小姐。”
各报纸在这一天相续披露关于金壁辉的潜逃事件，说的是第一监狱关押的女囚犯刘凤玲，她母亲为获得10根金条的酬劳，把刘凤玲作为川岛芳子的替身去受刑。后来刘凤玲的妹妹发现国民党骗人，说话不算数，便将这事揭露出来。
还有报纸也在这天刊登了一条说得神乎其神有鼻子有眼的消息：
“在行刑前一两天夜里，川岛芳子的牢房里进来一个国军军官。他在川岛芳子耳边小声说：处决您的日子就要来临了，大约是在后天黎明之前。但是请您放心，执行者用的子弹不是实弹，而是空弹。请您一听到枪声就立刻倒下。”
川岛芳子的话题再次被提起，各种猜测如雨后春笋般冒了出来。诸多内幕奇闻被公诸于世，整个北平城立刻像被捅了的马蜂窝一样沸腾起来。但是，从第二天起，各报社不约而同，什么也不再发表，连金壁辉的金字都不再写了。这就更加令人