朝廷堅(jiān)定了徹查此案的決心，天津的辦案取得了明顯進(jìn)展。9月17日，李鴻章向總理衙門提交了結(jié)案報(bào)告：“前獲倭人石川伍一，飭縣屢訊，供詞狡展。須將奸細(xì)確證予以死罪，始無(wú)礙在倭華民。八月初四日（9月3日），飭津海關(guān)道盛宣懷嚴(yán)密根究，傳到崔姓等，曾在倭武員處服役。人證確鑿，即提石川伍一，與已革書吏劉棻質(zhì)訊，無(wú)可狡辯，始均供認(rèn)：前駐津之倭海軍武員井上敏夫等曾囑石川伍一轉(zhuǎn)托劉棻，私抄中國(guó)海軍炮兵數(shù)清單，給過(guò)謝禮。宣戰(zhàn)后，倭員回國(guó)，留探軍情，改裝華服，以七月初四日（8月4日）潛行至劉棻家藏匿，當(dāng)日即被軍械局會(huì)同官弁獲住等語(yǔ)。嚴(yán)訊王大，并無(wú)知情同謀。初九日（9月8日），奉電旨，復(fù)審石川伍一等，供均如前……石川伍一擬按公法，用槍斃擊斃；劉棻即行正法”.

　　9月20日，石川伍一及劉棻在天津被處決，轟動(dòng)全國(guó)，報(bào)章均有報(bào)道。《字林滬報(bào)》報(bào)道稱觀者如潮，行刑后“但聞一片聲叫好不絕”.當(dāng)日，李鴻章將該案所有案卷包括兩人的供詞等呈交總理衙門。10月8日及27日，美國(guó)干預(yù)的另兩起日本間諜案的主犯，也分別在南京和杭州被處決。

　　在甲午戰(zhàn)爭(zhēng)期間被捕的所有日本間諜中，最先被處決的石川伍一是唯一執(zhí)行槍決的，其余均被斬首，或許這與李鴻章希望給美國(guó)留點(diǎn)面子有關(guān)。但當(dāng)時(shí)外界謠傳石川伍一被處最殘酷的凌遲，宗方日記中記載道：“被拘禁于天津之同志石川伍一于九月二十日在天津城西門外被處磔刑，軍械局之劉某亦同時(shí)被斬首云。不堪痛恨惋惜之至！”與石川相關(guān)的高升號(hào)事件，折騰十年后以中國(guó)賠償船費(fèi)而告終；另一重慶號(hào)事件，由大沽炮臺(tái)以二十一響禮炮的最隆重軍禮向重慶號(hào)道歉而結(jié)束；美國(guó)國(guó)會(huì)則因政府在間諜案處理過(guò)程中對(duì)中國(guó)的“過(guò)分軟弱”,而險(xiǎn)些啟動(dòng)彈劾案。

　　至于江南道監(jiān)察御史張仲炘因此案借題發(fā)揮，在彈章上奏的次日，軍機(jī)處便拿出了處理意見(jiàn)，除了需對(duì)張士珩涉嫌采辦軍械時(shí)以劣充好查證外，其余各項(xiàng)指控，“皆系影響之詞，曖昧之事，礙難查辦。”張士珩最后以玩忽防務(wù)而被革職。