摸清了马月清的底细，川岛芳子“踌躇满志”地返回了京城，从西装革履、风流倜傥的富家浪荡公子，摇身一变，成了花枝招展、美艳无双的娇小姐。
她乘坐一辆豪华轿车直奔大帅府，轻扭腰肢点脚下车，让守卫赶快去通报六太太，说津门“娘家”天宝班派人问候六太太来了。
马月清正闲来无事，听说有人来访，立刻让她进来了。在客厅里见到川岛芳子时，先是一愣：不认识呀？川岛芳子却甜甜地说：
“姐姐您好！”
见六姨太的眼神中充满了疑惑，川岛芳子急忙解释说：
“姐姐走后我才到天宝班的！”
说着，川岛芳子拿出净月“托”她捎来的一对金手镯，并把六姨太送给净月的玉手镯拿出来，睹物如见人，六姨太的怀疑很快就消除了。川岛芳子又将她从津门老字号金店里买的金首饰送给六姨太，满脸堆笑：
“这点儿见面礼太少了，请姐姐笑纳！”
六姨太瞅着首饰上镌刻的金店名号，望着眼前这位漂亮姑娘，认定了她就是天宝班的人，欲设宴为她洗尘。但刚出师就小胜一场的川岛芳子明白，大帅府不是久留之地，时间长了要露马脚，于是借故推托。六姨太说：
“大帅今天有事，不回来了，你就陪陪姐姐吧！”
芳子这才放下心来，饮酒之际，她假惺惺地说：
“我们津门的姐妹真怕您与大帅北归关东，离得远了，见个面也就不容易了。”
六姨太随口说：“真让你们猜对了，大帅最近就要返回奉天哩。”
之后，绕来绕去，川岛芳子终于探听到了自己想要的消息，匆匆离开了帅府。
关东军本部从电报里收到情报后，紧锣密鼓地抓紧策划，并让何本大作具体负责实施爆炸方案。经过一番紧张策划，河本大作为张作霖布下一个“必死之阵”：在距沈阳一公里半的皇姑屯火车站附近的桥洞下放置了三十袋炸药。
尽管张作霖行前曾接到部下的密报，说“老道口日军近来不许人通行”，希望多加防备，张作霖也三次变更启程时间，但还是出事儿了。
1928年6月3日晚6时，张作霖离开京城大元帅府，乘坐由奉天迫击炮厂厂长沙顿驾驶的英制黄色大型钢板防弹汽车，奔往火车站。随行的有靳云鹏、潘复、何丰林、刘哲、莫惠德、于国翰、阎泽溥、张作霖的六姨太太和三儿子张学曾，日籍顾问町野和仪我等人。
张作霖的专车22节，是清朝慈禧太后用过的“花车”，装饰非常华丽，他乘坐的80号包车在中间，包车厢后是餐车，前边是两节蓝钢车，专车前面还有一列压道车作前卫。
晚上8时，专车从京城车站开出。深夜，列车风驰电掣地开到山海关站，黑龙江督军吴俊升专程在这里迎候。
1928年6月4日清晨，日本驻奉天总领事林久治郎很早就起了床，他登上住房屋顶，用望远镜朝三洞桥方向瞭望。5时23分，张作霖乘坐的专车钻进京奉铁路和南满铁路交叉处的三洞桥。
这时，日本关东军大尉东宫铁男按下电钮，一声巨响，三洞桥中间的一座花岗岩桥墩被瞬间炸开，桥上的钢轨、桥梁炸得弯弯曲曲，抛上天空，张作霖的专用车厢被炸得只剩一个底座。张作霖毫无防备，被炸出三丈多远，咽喉破裂。
奉天高官刘尚清闻讯赶到现场，组织救护。张作霖被送到春阳“大帅府”时已经奄奄一息，军医官抢救无效，于上午9时30分左右死去。死前，张作霖对卢夫人说：
“告诉小六子，以国家为重，好好干吧！我这个臭皮囊不算什么。叫小六子快回春阳。”
说完就去世了，时年54岁。为防止日军乘机行动，奉天当局决定对张作霖的死密不发丧，发表通电称：主座“身受微伤，精神尚好”，“省城安谧如常”。
而在卢夫人的安排下，大帅府邸依然灯火辉煌，烟霞阵阵。杜医官每日仍按时到府上班，填写病案。厨房每日三餐仍按时送饭进去。家人一律不啼哭，不戴孝。日方天天派人“慰问求见”，都被“婉言谢绝”。
主持家政的五夫人浓妆艳抹，与前来窥探虚实的日本太太们从容周旋。同时，奉天当局下令全城戒严以稳定局势。由于日军不知道张作霖是否毙命，不敢贸然行动。
身在兰州的张学良得知关东军已开始秘密调动，打算浑水摸鱼，趁乱占领春阳。为防不测，他化装成一个伙夫，跟随部队秘密赶回了当时称为“奉天”的春阳。回到春阳后，张学良才得知父亲的死讯。
为保国家大业，张学良强忍悲痛，模仿父亲的笔迹签发命令。等把一切相关事宜都安排好了，东北地方政府才对外宣布了张作霖的死讯。从此以后，为了怀念死去的父亲，铭记杀父之仇，张作霖的忌日便成了张学良的“生日”。
关东军谋杀张作霖后，当时的日本首相田中义一很失望。关东军杀死了张作霖，等于逼迫整个奉系反日。因此，这个计划纯属蠢猪计划，一点儿意义都没有。要知道，杀了张作霖，还有张学良，等于自断一路。因此，现在的结果是，除了强占东北外，已无他路可走。
1928年12月29日，张学良宣布东北易帜，服从国民政府领导。国民政府在形式上完成了统一。
治丧时，有人通报川岛芳子前来吊唁。张学良在孝帐里一阵沉思，他知道川岛芳子这时绝对是来者不善。他果断决定：一是不与她见面，二是如果她愿意到灵前鞠躬，就让她去，并让与她有过交往的苏占魁去接见她。川岛芳子以为，张作霖的死会让张学良从独霸东北的美梦中醒来，所以在见到苏占魁时，川岛芳子就直接问：
“满蒙独立运动，张大帅不同意，如今，少帅又是怎么想的啊？”
苏占魁直爽地告诉她说：“少帅是子承父业，坚决不允许！”
川岛芳子碰了个硬钉子，气急败坏地脱下孝袍，朝苏占魁脸上扔去，之后就灰溜溜地离开了大帅府。
川岛芳子在皇姑屯事件中的表现得到了关东军和日本军部的一致认可，这次行动后，“间谍之花”、“格格间谍”的名号也渐渐在中日两国传开了。