马元凯承认作案后，虽然多田峻已经认可，日本华北特务机关长茂川却不相信，认为马的供词破绽很多，作案手法很象军统活动，遂派在他手下的裴级三出动继续调查。
裴遂指挥特务在北平拉网搜捕军统特工。这时刘文修却不合时宜的公开外出，结果在电车上被裴认出捕获。刘不堪酷刑而叛变，通过他抓获了交通任国伦（湖北人，特警班毕业），任也随即叛变，参加此次行动的军统特工人员陆续被捕，先后被捕的有华北区区长薄有凌，第一行动组的麻克敌邱国丰（麻12月底被捕，邱1月6日被捕），第二行动组的组长周良辅，第一情报组的组长张清江，组员张承福，金琅，刘心一等。军统在北平的人员损失大半！
被捕人员被关在“外寄人犯看守所”，即俗称的炮局监狱，遭到日军的残酷拷问，最终薄有凌，麻克敌，邱国丰，张清江被判处死刑，1941年2月15日被枪杀于天桥刑场。狱中，薄有凌等皆不屈服，薄并利用短暂的同审时间，联络被捕人员将所知道的情况进行交流，以便“有人活下来向上头汇报”。以上情况，1986年，当年侥幸脱险的侯化均（曾任军统河北督察，保定警备司令部稽查处长等职务，少将）回国定居，政协采访侯和幸免于难的张承福，所描述中就有说明。抗战胜利后，日伪审讯被捕人员的档案，也提供了相当多的参考。
军统方面则在重庆将麻克敌，薄有凌等以殉国烈士的名义加以供奉。
刺杀天皇特使的惊天一击，虽然改变不了敌我的总体实力对比，但无疑让骄横的日军遭受了沉重的打击。日军的搜捕虽然破获了军统北平站，但并不能保障北平的治安，清理了抗日杀奸团，军统冒出来，军统压下去，八路军平西根据地又开始主导了对北平的骚扰…
北平内外，这样周而复始的抵抗，一直持续到日本投降。
