约12时40分，陶勇提着皮包走出办公楼，向招待所走去。招待所离那幢军舰似的办公楼不远，后楼的105房间是专为陶勇准备的，他午后经常到那里去休息。陶勇进去躺了一会儿，觉得头皮发痒，就想找理发员周妙基给他理发。大约2点多，他走出房间，在楼旁的花园散步。这时，他看见招待所所长在前面走过，就叫住他，让他去找理发员。周妙基当时正在洗澡，听说首长要理发，马上和所长一起来到招待所，两人走到后院花园时，却不见陶勇的踪影。
走到一口浇花井时，所长朝里望了一下，大惊失色：“有人跳井啦！”他这么一喊，在场的人都急忙跑过来。这口浇花井直径很小，只能容一个人钻下去，水也不深，只见里面一个人低着头，一顶军帽漂在水面上。有人俯下身子用力一拉，原来是陶勇！另外两个人上来帮忙，把陶勇拉了上来。所长赶紧跑去打电话。
保健医生程心培闻讯，带着两名医生，立即奔向招待所。医生们把陶勇抬进105房间，进行抢救。
在给医院打电话的同时，有人发现：从陶勇身上脱下的丝棉背心还没有完全湿透；从他的衣袋里找到一份上海市政府的文件，边上湿了，里面却是干的。这都说明陶勇落井时间并不长。
一直到救护车赶到，所有的抢救手段都没有产生作用。几分钟后，救护车开到海军四一一医院，抢救仍然无效——就这样，一个身上被敌人子弹7次击伤都没有带走的顽强生命，却在一瞬间被一口深不没顶、宽不及肩的水井淹没了。
更令人吃惊的是，陶勇尸骨未寒，东海舰队刘浩天政委出来宣布：“陶勇一贯争强好胜。这几天，他害怕自己卷到苏（振华）、罗（瑞卿）圈子里去，所以才走这条绝路。我看他是畏罪自杀、抗拒运动，是叛徒行为。”同时，刘浩天审定的《陶勇自杀的经过和初步分析》的急件发到北京，送到海军政委李作鹏的手上。很快，李作鹏以海军党委名义发出通报：“叛徒陶勇，畏罪自杀！”
1968年，粟裕向周恩来汇报了陶勇的冤情，周恩来痛惜地说：“陶勇同志打日本帝国主义那么坚决，说他是‘日本特务’，无论如何也说不过去嘛！”
1971年林彪集团垮台以后，周恩来再次念及陶勇。他说：“张学思、陶勇同志都是既精通海军业务，又能亲自出海的领导干部，但却都被林彪反党集团迫害死了，很可惜呀！”
令人遗憾的是，多少年过去了，陶勇之死的谜底，一直未能查个水落石出，给人留下了种种猜想。
