在袁世凱的親信、參謀次長陳宦的策劃下（當時黎元洪也兼任參謀總長，但他一直沒有上任，事務均委托給次長陳宦），黎元洪決定與袁世凱合作，對這“三武”來個調虎離山之計，將他們弄到北京去。當年5月，袁世凱以“革命首義”的名義將“三武”召到北京，并封他們?yōu)榭偨y(tǒng)府軍事顧問官（又是閑差）。對此，張振武曾多次表示不滿，他對陸軍總長段祺瑞抱怨說：“難道我們湖北人就配做個顧問官？”

在張振武的一再要求下，袁世凱只好又封他為蒙古屯墾使加以敷衍。張振武當時四十出頭，正是年富力強的時候，他也確實想實實在在地做點事情，于是他接受委任后，極誠懇地向袁世凱申請經(jīng)費以開辦專門機構。袁世凱這時哪里有錢，也就沒有理會。張振武一怒之下便擅自回了武昌，并利用自己之前的勢力公開設立屯墾事務所，還打算募集一鎮(zhèn)精兵前往蒙古。為此，張振武向黎元洪提出每月?lián)芙o經(jīng)費1000元，作為開辦費。

黎元洪見張振武去而復返，本就十二分的不樂意，他見張振武又重新聚集他的舊勢力，更是感到極大的威脅，于是決心除掉張振武。由于當時張振武與孫武也發(fā)生了矛盾，袁世凱特意派出湖北籍的參議員劉成禺、鄭萬瞻回武昌進行調解。在各方努力下，孫武、張振武和黎元洪都在表面上恢復了和氣，而袁世凱趁熱打鐵，再次發(fā)來電報邀請張振武赴京。

8月初，張振武和親信將校團團長方維等30多人隨同參議員劉成禺、鄭萬瞻一起前往北京，由此走上了不歸路。在臨行之前，黎元洪還特意贈給張振武4000大洋作為旅費，雙方和好如初，相談甚歡，但一個陰謀卻就此展開了。

在張振武抵達北京后，黎元洪向袁世凱發(fā)出一封密電，其中稱：“張振武以小學教員贊同革命，起義以后充當軍務司副長，雖為有功，乃怙權結黨，桀驁自恣。赴滬購槍，吞蝕巨款。當武昌二次蠢動之時，人心皇皇，振武暗煽將校團，乘機思逞?！岫跞嗣耨惆萏熨n，然余孽雖殲，元憝未殄，當國家未定之秋，固不堪種瓜再摘，以梟獍習成之性，又豈能遷地為良。元洪愛既不能，忍又不敢，回腸蕩氣，仁智俱窮，伏乞將張振武立予正法，其隨行方維系屬同惡共濟，并乞一律處決，以昭炯戒?！?在向袁世凱揭發(fā)了張振武的種種“不法”行為后，黎元洪要求北京方面將張振武就地正法。

袁世凱收到黎元洪密電后，親自取出密電碼本自行譯校，隨后便將心腹趙秉鈞、馮國璋、段祺瑞三人請來商議處置之法。趙秉鈞三人主張再給黎元洪發(fā)一封電報，問清楚是不是黎元洪的本意，再做處斷。兩日后，武昌方面復電，確屬黎元洪本人的主意。隨后，袁世凱給軍法處發(fā)出命令，將張振武逮捕后立予正法。

一個巨大的陰謀已經(jīng)張網(wǎng)后，張振武尚且渾然不覺，他當時仍在北京到處會客，與各界人士聯(lián)絡感情，為將來的事業(yè)打下基礎。8月15日晚，張振武與湖北來京將領在六國飯店宴請姜桂題、段芝貴等北洋將領，以消除南北軍界隔閡，化解之前戰(zhàn)爭的敵意。當晚10點，酒闌人散，張振武在回旅社途中被潛伏的軍警攔截，隨后被捆綁押解到西單牌樓玉皇閣京畿軍政執(zhí)法處。隨后，軍法處總長陸建章向他出示了黎元洪請求殺張振武的電報及袁世凱下令處決的軍令。由于事情來得太突然，張振武一下就蒙了，他大聲質問陸建章：“我究竟犯了什么罪？竟然要殺我？”陸建章攤開手，表示軍令如山，無法轉圜。

16日凌晨1點，也就是張振武被捕3個小時后，在沒有任何審訊的情況下，張振武被綁在軍法處的木樁上吃了六顆花生米，就這樣不明不白地成仁了。臨刑前，張振武仰天長嘯：“想不到共和國也如此黑暗！”同晚，隨同張振武一起進京的將校團團長方維也在旅館被抓，并于凌晨在城外處決。

此事發(fā)生后，湖北籍參議員劉成禺、時功玖、鄭萬瞻等人大憤，他們隨即向臨時參議院提出質問和彈劾。在這個事件中，感覺被袁世凱愚弄和利用的劉成禺憤怒地指出：“現(xiàn)在政府殺人之手續(xù)，基本和強盜行為沒有區(qū)別。如果這樣下去的話，今后凡是民國起義之元勛，都可以一一捕殺，任憑某人為帝為王矣！”