一个星期后，朱枫与吴石取得了联系。在书房里，吴石从北墙上的一个秘密小保险箱中取出一只小圆铁盒，郑重地放到她的手里说:“朱枫同志，这盒里装的微缩胶卷，全是绝密军事情报，有《台湾战区战略防御图》，有最新绘制的舟山群岛，大、小金门《海防前线阵地兵力、火器配置图》，各防区的《敌我态势图》，有台湾海峡、台湾海区的海流资料，台湾岛各战略登陆点的地理资料分析，现有海军基地并舰只部署、分布情况，空军机场并机群种类、飞机架数。另外，还有国民党蒋介石《关于大陆失陷后组织全国性游击武装的应变计划》等。望你以最快的速度，送回香港，送至内地。”

3天之后，在基隆码头，朱枫按约定把已经到手的第一批重要情报，交到了中共华东局情报部特别交通员——定期往返香港、基隆间的“安福号”海轮上一位大副手中。

几天后，这批情报迅速通过香港传递到华东局情报处。其中，几份重要绝密军事情报专呈毛主席。当毛主席听说这些情报是一位秘密女特派员赴台从一位国民党上层人士“密使一号”那里取回时，当即夸奖说:“这位女特派员和那位‘密使一号’都好能干哟。”嘱咐有关领导:“一定要给他们记上一功!”还在红竖格信纸上写下几行苍劲的大字:“惊涛拍孤岛，碧波映天晓。虎穴藏忠魂，曙光迎来早。”

朱枫在台湾期间，6次与吴石将军秘密会晤，又陆续送回一些重要军事情报。就在她按照上级的秘密指示准备返回大陆之际，1950年2月2日，与朱枫联系的“老郑”被捕，供出了她。台湾当局当即封锁了台湾所有出岛的空中、海上航线。危急关头，吴石将军冒险为朱枫签发《特别通行证》，送她乘机飞往国民党还占领的舟山。可是，“老郑”不仅供出朱枫，还供出吴石。蒋介石震怒了，下令逮捕吴石将军，并在其寓所搜出他亲笔签发给朱枫前往舟山《特别通行证》的有关书面材料。

这样，台湾当局不但摸清了失踪多日的朱枫去向，也拿到了吴石“叛逆罪”的重要证据。于是吴石被捕，朱枫被国民党军警从舟山抓回台湾。受该案牵连的人有:吴石的妻子王碧奎，老部下、某长官公署总务处交际科长聂曦上校，前“联勤总部”第四兵站总监陈宝仓中将，某公署主管人事的中校参谋方克华，某处主管补给的参谋江爱训，吴石的副官王正均等人。在多次劝降未果的情况下，吴石、朱枫、陈宝仓、聂曦等人被台湾特别军事法庭判处死刑。

1950年6月10日，他们4人被押往台北马场町刑场，临刑前，朱枫高呼“中国共产党万岁!”“新中国万岁!”她身中7颗子弹，倒在血泊中，英勇就义，时年45岁。吴石在临刑前写下了一首绝笔诗:

“天意茫茫未可窥，悠悠世事更难知。平生殚力唯忠善，如此收场亦太悲。五十七年一梦中，声名志业总成空。凭将一掬丹心在，泉下嗟堪对我翁。”