瀋藎下獄那個月正值光緒帝生日，刑部接旨，"萬歲月內例不行刑，著即日立斃杖下，欽此。"刑部為此特製了一塊大木板，打了二百多下，直打得血肉飛裂，骨頭如粉，他都未出一聲。行刑者都以為他死了，不料血肉模糊的他發出聲音："何以還不死，速用繩絞我。"最後只能用繩子將他活活勒死。
據說，這個牢房不久還關押過原廣西提督蘇元春與名妓賽金花，一位刑部司員因此戲成一語，作為上聯：兒女英雄流血黨。迄今尚無下聯。
一年後，戊戌黨人王照獲罪下獄，恰巧也關在同一牢房，王照的《方家園雜詠紀事》回憶，"粉牆有黑紫暈跡，高至四五尺，瀋血所濺也。"
瀋藎死狀之慘不久即公諸於世，連西方人也聞之膽寒。《泰晤士報》駐華記者莫理循把慈禧叫做"那個該殺的兇惡老婦人"。在瀋藎送給他的照片背面寫下："瀋克誠，杖斃，1903年7月31日，星期五"。也幸虧莫理循保存的這張照片，讓我們一百多年後能清晰地看到瀋藎的面容。
瀋藎之死等於給反對者送去了一個炮彈，因"蘇報案"獲罪的章太炎在上海獄中寫詩追悼，章士釗編了《瀋藎》一書，留日學生刊物《浙江潮》、《江蘇》紛紛分別批評文章，譴責清廷的暴行，給排滿革命再增加一個理由。
當年8月4日，天津《大公報》公開發表瀋藎絕命詞四首，以往較為流行的是最後一首：
今年三十有一歲，贏得浮名不值錢。
從此興亡都不管，靈魂歸去樂諸天。
詩中傳達的是他面對死亡的坦然與達觀，相比之下，另外幾首詩透露的信息要更多一些，第一首中"菜市故人流血地，五忠六士共翱翔"，坦承他與五年前殉難的"戊戌六君子"之間的關係，他是湖南人，和譚嗣同是志趣相投的密友。《大公報》最初報導瀋藎案時，只是說他"牽涉戊戌之事"，後邊的持續報導也始終未涉及案情真相。其實，在他第二、三兩首絕命詞中，不僅有"誰把遼東今斷送，中朝從此失陪都"的詩句，而且直接就有"驗疫管關新密約"這樣的句子。由這兩首絕命詩推測，他的死因似乎與《中俄密約》不無關係。
無論瀋藎是否確為《中俄密約》而死，眾口一詞，百年以來幾成定論。慈禧太后一生殺人無數，沒有一次像這一次深受中外輿論的責備，瀋藎因此被譽為"中國史上第一個殉職的記者"。
因為各國駐京公使"嘖有煩言"，當年9月14日，《大公報》的報導說，瀋藎杖斃之後，各國公使夫人在覲見慈禧太后時都為瀋藎喊冤，慈禧也頗有悔意，表示自己已面諭廷臣，會黨要嚴拿，但千萬不可株連良善，以致喪失人心。清廷之所以沒有堅持引渡"蘇報案"當事人章太炎、鄒容，就與瀋藎之死大有關聯。
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