他实在舍不下胡翡云这只“野鸡”，必欲再度良宵，便以外面搜捕正紧的托词，赖着不走，一连两夜宿在青和坊。直至昨天下午，方才拖着疲惫的步子回到应宅，准备明日起程，不料东窗事发，落入法网。
武士英知道事情已经败露，难以隐瞒，为了免受皮肉之苦，便供认宋教仁是自己所杀，并将如何结识应桂馨，如何为应桂馨利诱拉拢，如何谋刺各节，毫无保留，全盘托出。
后经公共租界专家检验，应桂馨家中抄出的子弹，与宋教仁体内取出的完全相同。
而应桂馨与洪述祖、赵秉钧往来的函电，泄露了惊人天机：暗杀宋教仁与大总统袁世凯有直接关系。如2月4日，洪述祖给应桂馨的电报云：“二日来电面呈总统，阅后颇喜，说弟有本事，既有把握，即望进行。”又如3月11日，洪述祖致信应桂馨云：“来函已而呈总统，以后勿电国务院，恐不机密。”
至此，人证、物证俱全，杀害宋教仁的主谋，正是大总统袁世凯，同谋是赵秉钧和洪述祖，具体策划指挥者是应桂馨，凶手是武士英。当得知了事情的真相后，黄兴禁不住满腔悲愤，曾奋笔书写了挽联一幅：
前年杀吴禄贞，去年杀张振武，今年杀宋教仁；
你说是应桂馨，他说是赵秉钧，我说是袁世凯。
此时，孙中山正在日本考察，当得到宋教仁被刺的噩耗后，立即返回上海，与黄兴、胡汉民、陈其美等商量对策，强烈要求开庭审理“宋案”，严惩凶手，将真相昭然于天下，各界同胞一致响应。慑于舆论压力，江苏省督程德全、民政长应德闳赞同，只得将“宋案”证据公诸报端，并下令组织特别法庭公开审理。
但尽管已铁证如山，袁世凯仍千方百计推卸抵赖。作贼心虚，公然禁止组织特别法庭。国民党人坚持不让，严加痛斥，各界对国民党的正义要求全力支持，“审理宋案，严惩凶手”的呼声响彻大江南北。
在国民党的策动催促之下，上海地方检察厅一连三次发出传票，传国务总理赵秉钧到案受审。赵秉钧慌得六神无主，惶惶然不可终日，遂以生病为托词，请了长假。
宋教仁的被刺，使孙中山等清醒地认识到，用和平手段难以建立资产阶级民主政治，有袁世凯当政，内阁制势难实现，于是发动了反袁二次革命。但由于准备不足，势单力寡，二次革命陷于失败，孙中山、黄兴等亡命日本。
袁世凯知道，二次革命虽被镇压，“宋案”并不因此而了结。凶手活着，对自己总是一个威胁，有朝一日泄露机关，岂非声名扫地？便想杀人灭口。
于是，武士英由巡捕移交上海地方检察厅收监，后不满十天，即暴毙狱中。据中西医同解剖验尸，系中毒而亡，毒物从何而来，不得而知！
同年7月，应桂馨门徒劫狱，将其从牢中救出，后离沪北去了青岛，住在租界里。秋后，孙中山领导的二次革命归于失败，应桂馨见袁世凯依然稳坐总统宝座，正是请赏的时候，便在报上发出了“请平反冤狱”通电。
10月20日，应桂馨大摇大摆到了北京，借住在同和旅馆，随即写信一封，直达总统府，要求袁世凯履行事前曾许下的“授二等勋、奖金50万元”的诺言。但信发出后，左等右等，时过月余，如泥牛人海。
应桂馨正等得不耐烦时，总统府派人找到他，对他说：“大总统传下话来，叫你早日离开北京，以后切勿再胡言乱语，这是大总统赐给你的二万块。”
应桂馨忙赔着笑脸说：“大总统曾亲口许诺，事成之后，授给二等勋，奖金50万元，不知何时兑现？”
“大总统何时讲过这话？你莫要昏了头，再纠缠不清当心脑袋！”来人气势汹汹。
“哼，没有我姓应的，老袁他当得成大总统？我为他除了对头，又为他坐了牢，九死一生，他倒敢骗我？老实对你说，我应某人不是三岁娃娃，老袁要是不识相，就要他好看！”
1914年1月18日深夜，四个彪形大汉翻墙而入，冲进应桂馨寓所，声称搜查鸦片，刚巧那晚应桂馨去了妓院。至此，他知道袁世凯已容不得自己，再赖在北京，真的要死无葬身之地了。
次日一早，应桂馨登车离京，但车至天津杨村时，却有人发现他已死在包厢里，身中数刀，满身污血。后据报章披露，杀手是军政执法处的侦探郝占一和王双喜。
时赵秉钧以健康原因，改任直隶都督，应桂馨被杀的地点，恰在他辖区之内。兔死狐悲之外，不免几分不平，便打电话给袁世凯说：“自古以来，凡人主能恩待阶下，效死者必多。应桂馨忠于大总统，堪称出生入死，却遭如此下场，以后谁还敢为总统办事？有谁肯以死相从……”话还未讲完，袁世凯就挂断了电话。
嗣后不久，赵秉钧头晕病复发，虽经治疗，总难奏效，便向袁世凯告假疗养。第二天，即有一医生谒见赵秉钧说：“奉总统之命，专程来此，为都督治病。”说着取出药丸，“这是专治头晕的，药到病除，请都督即刻吞服，以明效力。”
赵秉钧心中生疑，推辞说：