國民黨得知特科曾在楓林橋布陣劫車，十分恐慌，蔣介石急電就地處決彭湃等人。8月30日，彭湃等即遭槍殺。消息傳來，全黨悲憤，周恩來親自草擬了《彭楊顏邢四同志被敵人捕殺經(jīng)過》、《中國共產(chǎn)黨反對國民黨屠殺工農(nóng)領(lǐng)袖宣言》、《以群眾的革命斗爭回答反革命的屠殺》等文，號召人們“踏著死難烈士的血跡，一直向前努力，一直向前斗爭！”同時明令：“一定要把叛徒白鑫干掉。”

特科又通過楊登瀛了解白鑫的行蹤，偵知他企圖逃往南京。周恩來指示不能讓其逃脫，制裁要堅決執(zhí)行。白鑫自知必成紅隊追殺的對象，在國民黨特務(wù)范爭波、范爭洛等嚴(yán)密護(hù)衛(wèi)下深居不出。

9月初，白鑫突然出現(xiàn)在作為中共中央重要聯(lián)絡(luò)點的達(dá)生醫(yī)院，原來他患了瘧疾。白鑫本與醫(yī)院主管醫(yī)生柯麟相識，但不知他是中共地下黨員?？瞒朐跒樗_罷藥方后，試圖將白穩(wěn)在醫(yī)院，乘機(jī)發(fā)出消息，可狡猾的白鑫見柯麟離開診室，隨即不辭而別。

柯麟經(jīng)診斷，認(rèn)為白的病尚需幾個療程才能好，特科遂策劃在白鑫再次到達(dá)生醫(yī)院就醫(yī)時行刺。然而，白鑫再也沒外出就醫(yī)，只是請柯麟只身到他的住所為其診治。時隔月余，楊登瀛傳來確信，白最終確定將于11月11日逃往意大利避風(fēng)。周恩來決定，叛徒的死期就是他動身的那一天。

顧順章、陳賡和譚忠余研究了嚴(yán)密的行動計劃，由譚忠余等10名紅隊隊員在白鑫住宿的范公館附近，用手槍射殺白鑫，然后迅速撤離。

11月11日午后，由顧順章親自指揮，陳賡、譚忠余等潛入白鑫住所周圍的弄堂，分別裝扮成小販、修補匠、送衣人或過路者。入夜10點，公館附近寂靜冷清，兩輛車開到公館門前，保鏢和傭人搬運行李忙活了好一陣，可白鑫仍未露面。

約摸一小時后，有六七個人從公館后門走出，白鑫也在其中，紅隊隊員迅速撲過去向白鑫射擊。由于夾裹在人群之中，白鑫沒有被第一排子彈擊中。他頓時意識到大難臨頭了，一面撥槍還擊，一面狂奔奪路而逃。

白鑫的保鏢隨即開槍抵抗，看門的巡捕也前來護(hù)衛(wèi)，一時槍聲大作。槍戰(zhàn)中，負(fù)責(zé)保護(hù)白鑫的國民黨上海市黨部執(zhí)行委員范爭波，身中三槍，重傷倒地；其弟范爭洛連中六彈，當(dāng)即斃命；巡捕中亦有人被打死。

三名紅隊隊員對狂奔的白鑫緊追不舍，終于在他跑出二十多個門院時，將他擊倒，其中一顆致命的子彈，由前額洞穿后腦。

白鑫在眾多保鏢護(hù)衛(wèi)之下，仍然未能逃脫中共特科的追殺，使整個上海震驚。數(shù)十家報紙爭相報道白鑫被擊斃一事。有的報紙還用紅色標(biāo)題大加渲染，稱之為“東方第一大暗殺”。