白鑫通过他在南京被服厂当厂长的哥哥联系上了国民党上海党部情报处长范争波。在上海霞飞路和蒲石路之间的和合坊，白鑫与范争波见面后表示自己以往是因一念之差而误入歧途等。
范对白前来投靠当然十分欢喜。他安抚白鑫并要其戴罪立功。范争波特别提出希望白鑫能想出办法将彭湃捉住，还对他许以重金。白鑫一听要他想办法抓彭湃，感到正中下怀，认为是报杀弟之仇的时机到了。
同年8月，彭湃、杨殷等中共领导人在一次会议上因消息走漏而被捕，随后被杀。中共特务负责人陈赓亲去见国民党特务机关驻上海特派员杨登瀛，搞清楚事发的原因。杨登瀛是上海滩上中共的卧底内线。陈赓很快从杨登瀛处获取了白鑫投降的情报。而此时蒋介石已下达了处决彭湃等人的命令。当周恩来得知此系白鑫所为后，立即指示赶快暗杀这个黄埔学生，并派陈赓严密地监视白鑫的行踪。
白鑫察觉危险，决定出国避风。蒋介石同意他去意大利避风。行前，白鑫住在国民党上海特别市党部执行委员范争波的公馆里。范宅地处上海闹市区法租界霞飞路。白鑫严密戒备，深居简出。
陈赓准确侦知白鑫上船的日期和时间，周恩来到白鑫住所观察地形，部署行动。9月14日，上海国民党机关报《民国日报》故意放出烟幕弹说：“白鑫曾在黄埔学校毕业，前以受人之愚，误入共党，罪状较轻，已由蒋主席负责保出，业于前日带往南京，听其戴罪立功，以观后效。” 但中共特科（早期特工组织）知道，白鑫此时并未到南京。
中央特科命令杨登瀛了解白鑫的行踪，同时，还利用以医生职业作掩护的柯麟与白鑫的熟人关系，摸察白鑫的出没情况。但白鑫非常敏感，他此时已不去找柯麟看病了，而是约柯到他的住处去。这样特科杀手一时就难以下手。
周恩来随即与杀手们商议，表明态度：一定要在白鑫前往南京或出国之前将其刺杀。根据计划，陈赓、顾顺章（顾以后也投降于国民ZF，其在上海的全家老小也在总理的布置下被灭门）指挥杀手组埋伏在范争波公馆的周围。
深夜11点，白鑫、范争波等一行七人出门上车，杀手组成员突然以猛烈火力对其射击，发起袭击，白鑫等猝不及防，乱作一团。范争波中三枪，重伤倒地，其保镖被弹穿脑际，其弟范争洛身中六弹，均当场死亡。白鑫向诸多刺客进行猛烈还击，但杀手们紧追不舍，终于射中白鑫腹部，白鑫当即倒地，杀手们涌上前将白鑫打得脑浆迸裂方才罢手。
后来，这一行动被报界称为“东方唯一的大暗杀案”。
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