此时屋内便只剩唐绍仪一人了。商人见时机成熟，便互相用眼神示意。当唐绍仪背转身低头凝视其他古玩时，其中一个商人迅速从南宋花瓶中取出事先藏好的小钢斧，敏捷地绕到唐绍仪的背后，照着其头颅猛然砍下，唐绍仪不及哼声，便已颓然倒下，立时脑浆飞溅，鲜血喷涌。
商人们见大功告成，赶忙撤退。临到房门口时，他们还振振有词地念到：“唐总理不必送了，留步，留步。”并带上房门出来，四人又齐向门内一鞠躬，恭恭敬敬，门外的保镖、仆人见状，也没有疑心。他们就这样紧一步慢一步走出大门来，坐上那辆一直没有熄火的蓝色轿车，风驰电掣般离去。几个仆人隐约记得车牌号是6312。
等到仆人找到火柴回到客厅，老主人已经奄奄一息，倒在脑浆血泊之中。唐绍仪被急送到附近的广慈医院抢救。医生给唐绍仪打了强心针，又输了2000c的血，仍不见效。唐绍仪一直处到神智不清的状态。当天下午4点，唐绍仪终于不治身亡。
第二天，上海各大报纸纷纷刊出唐绍仪被刺丧命的消息。法租界搜捕房验了尸后，唐氏亲戚子女把唐的遗体领去，于胶州路万国宾馆设礼堂祭奠。
法租界捕房接到唐绍仪被刺的消息后，立刻派人前往唐宅展开调查。他们用一辆装甲车守住要道路口，同时通知各处巡捕房缉捕6312号蓝色轿车。中午时分，捕房巡警在麦其路姚主路口找到了一辆空无一人的黑色轿车，经查实，这辆黑车轿车的车牌号正是6312，但车内早已空无一人，这条线索被强行切断。
另有一路巡捕根据唐家人提供的其中一位古董商人的地址，直扑该处搜捕，但也早已人去楼空。
原来这位古董商人叫谢志磐，是唐绍仪一位故人的儿子，是沾亲带故的关系。难怪唐绍仪对他疏于防范。这个谢志磐有一个胞兄，名叫谢力公，是军统的大特务。谢志磐是军统上海特区的情报员。一直与谢力公保持着“工作”上的联系。
谢志磐身为情报员，利用其父与唐绍仪是故人的关系，一步步接近唐绍仪，搜集了大量情报，并配合军统特务做周密的暗杀计划。9月上旬开始，谢志磐就借倒卖古董之由靠近唐绍仪。特务们探知唐绍仪喜爱古董，不惜高价收集，便找着了暗杀良机。
军统先是安排谢志磐带着几名身着便装的军统人员冒充古董商人驾车直开唐宅，他们带上几件古董上品，与唐绍仪讨价还价，故作商人状，做成买卖。这只是军统设计暗杀唐绍仪计划的第一步，先让军统人员做一次演习，熟悉唐家情势，以确保日后万无一失。他们以后又来了几次，发现唐绍仪对古董简直到了入迷的地步，对特别珍贵的货，还要把仆役叫开，关紧房门，独自鉴别，这更让军统部找准了下手机会。于是便发生了前文那一幕。
当时参与刺杀行动的还有老牌军统特务赵理君，军统杀手王兴国，李阿大。几个刺客行刺逃脱后，还径直跑到军统部长戴笠处邀功讨赏。赵理君被委任为军统局第三处行动科上科校长，王兴国、李阿大也各有所用。唯独谢志磐不够老练，事发后一直惶惶然如丧家之犬。可能也因为他与唐绍仪的关系，他经常自言自语地说：“我对不起唐伯伯!”因此没有办法给他安排工作，就让他先在一家旅馆暂时住下。不久被送进一家医院诊治，被安置在特别监护病房中，可是病情越来越严重。他偷偷在他的裤袋里放了一只手枪，总说有人要加害于他，一只手老放在口袋里。重庆侦辑所的几个特务去这家医院公干，见谢志磐的病房门紧闭着，就从窗口探视，谢一惊之下拔出枪射击，这几名特务一齐还击，当场把谢志磐打死。后来也有传言说，这是戴笠在杀人灭口。
事情发生到这一步，已经可以确认唐绍仪是军统特务部所杀。但是特务部为何要杀死唐绍仪，依然是一个不解之谜。
唐绍仪被刺的消息披露后，沪上舆论一时哗然，成为社会民众街谈巷议的一大话题。国民党同人士于右任，张继等元老都向蒋介石表示不满，蒋介石遂让陈布雷起草，代表蒋介石发布了一道唁电，有“痛悼何及，顿失瞻依”云云，还以孔祥熙的名义下令褒奖唐绍仪，拨付治丧费五千元，并将唐绍仪的生平事迹付诸国史，让后人仿效评价。
而今学者们曾于1987、1989年在珠海召开过两次唐绍仪研讨会，唐绍仪之死自然成为会议的热点，沈醉先生也与会并发表了意见。他原是军统特务，是谢力公的同事，身为个中人，应该是深知其事，能够作出准确解释和判断的。但他却认同刺唐是军统的奉命行事，但却称这是“误杀”。军统刺唐显然是处心积虑，精心策划，由专人执行专案的，定不是误杀。当时国民党政府也已在事实上承认“错杀”，所以事发之后，军统即建议“专电慰问唐氏家族，或由中央明令褒恤”，并由国民党政府明令褒扬，拨发治丧费5000元，宣付国史馆立传以掩饰其“错杀”之误。因此唐绍仪之死应该说是“惨遭错杀”。
唐绍仪是中国近代史上一位颇具影响的历史人物，既是清末的外交家，又是民国的缔造者之一。在清末的外交活动中身体力行，在一定程度上维护了国家的主权和利益。在民国的政治活动中，他坚持民主共和思想，并为实现这种思想，不遗余力——采取了种种措施来维护民主共和，坚决反对专制独裁，甚至以自己的离职来对抗袁世凯为首的专制独裁势力。
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