國共内戰末期，戰争形勢急轉直下，陳儀曾勸告蔣介石，對國民黨喪失大陸政權要看開。
1949年1月23日，北平和平起義。此時遠在浙江省的省主席陳儀在李濟深等人幫助下，決心以傅作義為榜樣。1月上旬，京滬杭警備總司令湯恩伯向陳儀提出要與中共地下黨聯系人作商談。1月28日，陳儀派外甥丁名楠持親筆信赴上海見湯恩伯，函謂：“茲有xxx先生應邀去見你，請你和他暢談。我們以前的計劃他都同意，希迅速實行，以免夜長夢多。”此函被上海警察局長、軍統特務毛森發覺。蔣介石立即命保密局局長毛人鳳派特務對陳儀進行嚴密監視。而湯恩伯為了個人安危，次日将密函送溪口蔣介石處告密，并向蔣介石誓言效忠，自請誘捕陳儀歸案。
湯恩伯原名克勤，1898年生于浙江武義縣湯村鎮。辛亥革命後，他赴杭州，投考浙江陸軍國小，因耽誤了考期，困在旅店，上書給擔任浙江都督府軍政司長兼陸軍國小校長的陳儀，懇求收留。陳儀惜才，破格錄取湯恩伯，又保送他進入日本陸軍士官學校十八期步科學習。1927年底，湯恩伯回國，由陳儀推薦到南京總司令部任參謀和作戰科長。後調到中央軍校六期當大隊長和上校教導總隊長。1932年，陳儀又向何應欽推薦其為89師師長。
湯恩伯非黃埔系，在國民黨軍隊中資曆淺，結識蔣介石較晚，得陳儀的極力舉薦及自身努力，平步青雲。人前人後，常言他有兩個父親，一個是“生我者”，一個是“育我者”。為了不忘陳儀的知遇之恩，他改名恩伯。平日對陳儀感恩戴德，畢恭畢敬，言聽計從。陳儀對湯恩伯推心置腹，愛護備至，視如親子。
因陳儀對湯恩伯而言是有提攜之恩的恩師，是以湯恩伯懇求蔣介石從輕量刑，指定一個地方，叫他居住，以了殘年。2月，陳儀因涉通中共有據，在上海被看管，後押至台灣。蔣經國函電宋美齡：“陳儀曾聯絡共黨謀和，幸早得發現未成事實，時局不安人心大變，前途殊堪憂也。”
1950年4月，陳儀被押到台灣後，“即對任何人不再發一言一語，終日如老僧入定。”後囚禁于基隆，又轉移到萬華的憲兵第四團看守所。5月19日，蔣介石親下手谕紙條“槍決可也”，訓示台灣軍事法庭判決陳儀死刑。
6月18日淩晨2時，毛人鳳下令由技術總隊少将隊長杜長城執行。臨行前毛人鳳特别交代，考慮到陳儀以往對國家諸多貢獻、方面大臣、為政府要員，執行時要特别注意兩點：在執行前要保密，告知其18日晨蔣介石要召見；執行時不要槍擊頭部。
當時約4點50分，還沒天亮，劉學仁害怕陳儀情緒波動，不利槍決，欺騙陳儀，說蔣介石要召見陳儀，陳儀起身盥洗沐浴，并用餐，還盛裝打扮，穿戴淡黃色禮帽，配上黃色西裝外套、白襯衫，并配上派克對筆，手戴勞力士白色手表，衣冠楚楚地上車。
途中，陳儀方知原來是押往槍決，陳儀腿軟不前，被兩名特務一左一右扶陳儀至軍法官面前，軍法官驗明正身之後，即宣讀判決書，并說：“奉手批，執行槍決，你有什麼話說沒有？”陳儀強作鎮定，答曰：“我人死，精神不死，我流的血，是替京滬杭一千八百萬同胞流的血。”軍法官又問：“那對你的親人子女，還有什麼話要說？”陳儀沈思片刻，回答：“沒有。”随即向行刑者說：“向我的頭開槍。”，但保密局已經決定向他的背部開槍，以儲存其面貌完整，連開兩槍，陳儀摔了個四腳朝天，仍不死，呼吸甚為急促，特務沖上前去，又補了一槍，方将陳儀擊斃。
陳儀死時68歲，成為民國政府有史以來處決者中，軍階最高的一位。
“賣師求榮”的湯恩伯得到蔣介石的嘉獎，但其這件事做得非常絕，以至于妻子王竟白與其決裂，帶着三個子女遠走美國。許多逃跑至台灣的國民黨元老都怒罵湯恩伯忘恩負義，其人品一落千丈，被撤銷了一切實職，隻挂個虛職養老。
1950年2月2日，路透社從東京發出一條新聞：《蔣介石透過一個中國高層官員在日本東京近郊購豪宅》。蔣介石得知後大罵道：“混賬！怪不得上海和東南沿海敗得那麼快，原來湯恩伯早作了逃往日本的準備！”
1950年3月，湯恩伯去日本，上飛機後機上驗票人員要他出示赴日證件。湯恩伯聲稱是受政府委派到日本執行特殊任務，未辦簽證。機上從業人員要他下飛機，他堅決不下，并與從業人員發生激烈争吵。蔣介石判斷湯恩伯想逃往日本，于是下令阻止。幾名軍警接到指令後，強行将湯恩伯拉下了飛機。
當年陳儀在被押往刑場時，曾憤恨地說道：“忘恩負義的東西，他也多活不過五年！”1954年5月，在家閑居的湯恩伯胃病複發，經人介紹赴日本做手術。結果看起來一個非常不起眼的小手術，卻要了湯恩伯的命。