起义失败后，沈荩辗转来到上海，随即他又悄悄地潜入北京、天津等地。在天津，沈荩受聘为“报馆访事”（即今天的记者），同时兼任一家日本报纸的通讯员，开始以记者的公开身份为掩护，继续从事反清活动。当时的北京正处于八国联军控制时期，由于沈荩擅长交际，又有政治眼光和新闻敏感性，很快便与八国联军的部分将士混得相当熟悉。北京各界名流听说沈荩认识许多外国朋友，纷纷前去巴结。为了从这些贵族口里打听到有用的信息，沈荩尽量和他们把酒言欢，虚与应付。
1903年，沈荩从贵族口中得知中俄两国要签订密约的消息后，决心在签约之前把密约内容昭示天下。经过多方努力，沈荩最终通过政务处大臣王文韶之子搞到了《中俄密约》草稿的原文。沈荩迅速将《中俄密约》草稿寄给了天津英文版的《新闻西报》。《新闻西报》收到后当即原文刊登。随后，国内外各大新闻媒体纷纷转载，日本新闻界还专门为此出了一期号外。
《中俄密约》的内容公之于众后，国内外舆论一片哗然。全国人民群情激愤，进一步促进了全国范围内革命运动的深入开展，清政府则陷入了非常难堪的境地。在国内外强大舆论的压力下，清政府不得不放弃签订《中俄密约》的计划。
《中俄密约》泄密后，清政府立即派人全力侦察密约泄露的原因。此时的沈荩非但没有躲避清政府的追查，反而提出了一个更加大胆的计划：联络李莲英，干掉慈禧太后。他把自己的想法告诉给两个最要好的朋友——旗人庆宽和前翰林吴士钊。哪知庆宽和吴士钊得知沈荩的想法后，深感不安，决定联合向慈禧太后告发沈荩。1903年7月19日晚上，毫无防备的沈荩在北京寓所里被捕。
沈荩被捕后，知道清政府绝对不会放过自己。遂做《绝命诗》四章，其中一首是这样写的：“狱中铁锁出郎当，宣武门前感北堂。菜市故人流血地，五忠六士共翱翔。今年三十有一岁，赢得浮名不值钱。从此兴亡都不管，灵魂归去乐诸天。”
1903年7月31日（阴历六月初八），刑部大堂8个狱卒手拿特制的大木棍，准备行刑。沈荩面对狱卒，大声说道：“快些了事！”于是，8名狱卒轮流捶打沈荩的四肢和背部，时间长达4个小时之久。沈荩被打得血肉横飞，“骨已如粉”，其状惨不忍睹，但沈荩自始至终“未出一声”。这时，堂司以为沈荩已死，下令停止捶打。不想这时沈荩用微弱的声音说道：“速……用绳绞我……”见沈荩还没有死，堂司又下令“以绳勒其颈，而始气绝”
沈荩是我国历史上第一位殉职的新闻记者，年仅31岁。
