日本戰敗后,陳璧君被蔣介石誘捕。1946年4月16日,江蘇高等法院對陳璧君進行了審判。在法庭上,陳璧君說:“日寇侵略,國土淪喪,人民遭殃,這是蔣介石的責任,還是汪先生的責任?說汪先生賣國?重慶統治下的地區,由不得汪先生去賣。南京統治下的地區,是日本人的占領區,并無寸土是汪先生斷送的,相反只有從敵人手中奪回權利,還有什么國可賣?汪先生創導和平運動,赤手收回淪陷區,如今完壁歸還國家,不但無罪而且有功。”陳的一席話,說得法庭和旁聽者目瞪口呆。
陳還說:“汪先生言論行為,為大眾所見,不能誣蔑,有利于民,有功于國;汪愛國家愛民眾,尤其是老的小的,無法逃難,我們要保護他們。”
法庭反駁說,只有陳璧君一人看汪精衛是救國救民,多數人不如此看法。發表艷電,響應日本近衛聲明,妨害抗戰國策,偽特工殘害抗戰同志,證據確實,豈容詭辯。最后,陳璧君被江蘇高等法院判處無期徒刑,奪公權終身,全部財產,除酌留家屬必需生活費外,予以沒收。陳璧君接到判決書時說:“本人有受死的勇氣,而無坐牢的耐性,所以希望法庭改判死刑!”
陳璧君的女兒汪文詢提起上訴,南京最高法院予以駁回:維持原判。陳璧君便于蘇州獅子口的江蘇第三監獄中服刑。1949年,共產黨奪取大陸后,蔣介石并沒有把陳璧君帶往臺灣,而是把陳留給共產黨。1949年5月,陳壁君又由蘇州監獄轉移到上海提籃橋監獄繼續關押。孫中山的夫人宋慶齡和廖仲愷的夫人何香凝都與陳璧君的私交很深。1912年汪精衛和陳璧君結婚時,何香凝還曾做過陳璧君的伴娘。1949年9月,在中國人民政治協商會議召開期間,宋慶齡與何香凝找到毛澤東、周恩來替陳璧君說情。何香凝對毛澤東說:“畢竟陳璧君不是決策者。能不能夠考慮到她的身體狀況,對她進行特赦。”毛澤東應允只要陳璧君寫個認罪聲明,政府就下個特赦令,將她釋放。
當天晚上,宋慶齡與何香凝便給陳璧君寫了一封信,信中說:我們曾經在國父孫先生身邊相處共事多年,彼此都很了解。你是位倔強能干的女性,我們十分尊重你。對你抗戰勝利后的痛苦處境,一直持同情態度。過去,因為我們與蔣先生領導的政權勢不兩立,不可能為你進言。現在,時代不同了。今天上午,我們晉見共產黨的兩位領袖。他們明確表示,只要陳先生發個簡短的悔過聲明,馬上恢復你的自由。我們知道你的性格,一定難于接受。能屈能伸才是大丈夫,懇望你接受我們意見,好姐妹殷切期待你早日在上海慶齡寓所、在北京香凝寓所暢敘離別之情。
陳璧君接到信后,沉默多時,最后表示拒絕。她提筆給宋慶齡、何香凝寫了回信:共黨要我悔過,無非還是持蔣政權的老觀點,認為我是漢奸。汪先生和我都沒有賣國,真正的賣國賊是蔣介石。這不用我歷數事實,二位先生心中有數,共黨心中有數。正由于二位知道我的性格,我愿意在監獄里送走我的最后歲月。衷心感謝你們對我的關心和愛護。
1957年以后,陳璧君的身體每況愈下,她除患有心臟病、高血壓外,還因痔瘡、頸部淋巴炎、肺炎等住過醫院,每次住院,短則個把月,長則近一年,她幾乎有一半的時間是在醫院度過的。1959年,陳璧君死在上海提籃橋監獄醫院,時年68歲。