面对审判，陈璧君的态度非常强硬，在法庭上说：“日寇侵略，国土沦丧，人民遭殃，这是蒋介石的责任，还是汪先生的责任？说汪先生卖国？重庆统治下的地区，由不得汪先生去卖。南京统治下的地区，是日本人的占领区，并无寸土是汪先生断送的，相反只有从敌人手中夺回权利，还有什么国可卖？汪先生创导和平运动，赤手收回沦陷区，如今完璧归还国家，不但无罪而且有功。”
尽管她一直宣称没有出卖国家，但最终被法庭以“通谋敌国，图谋反抗本国”罪判处无期徒刑。得知这一审判结果时，她当庭抗辩道：“本人有受死的勇气，而无坐牢的耐性，所以希望法庭改判死刑！”
1949年4月，中国人民解放军全面接管苏州，将陈璧君从狮子口江苏第三监狱移送到公安局看守所。数月后，陈璧君被押解到上海提篮桥监狱。
1949年9月，中国人民政治协商会议在北京举行。会议期间，宋庆龄与何香凝找到毛、周等主要领导为陈璧君说情，请求特赦陈璧君，毛当即同意了这个请求。唯一的条件是，陈璧君得写个认罪声明。当宋、何将这一消息写信告诉在提篮桥监狱服刑的陈壁君时，却被陈拒绝了——因为她不愿写什么认罪书，仍坚称自己无罪。她在给宋、何二人的回信中写道：“***要我悔过，无非还是持蒋政权的老观点，认为我是汉奸。汪先生和我都没有卖国，真正的卖国贼是蒋介石。这不用我历数事实，二位先生心中有数，***心中有数。正由于二位知道我的性格，我愿意在监狱里送走我的最后岁月。衷心感谢你们对我的关心和爱护。”
顽固的陈璧君，以多病之躯果真把牢底坐穿了——狱中的陈璧君，身体每况愈下，她除患有心脏病、高血压外，还因痔疮、颈部淋巴炎、肺炎等住过医院，每次住院，短则半个月，长则近一年，她几乎有一半的时间是在医院度过的。1959年5月2日，陈璧君突然咳嗽、气喘，心跳加快，她被再次送进医院。年已68岁的陈璧君身体日渐衰竭，最后因大叶性肺炎引起心力衰竭，于1959年6月17日病逝死于上海提篮桥监狱医院。
