兵败后的郭松龄率机要人员和卫队离开新民，向锦州方向撤退。与之同行的夫人韩淑秀顾及到郭松龄的安全，劝郭松龄率卫队骑马先行，尽快离开险地。但郭松龄念及韩淑秀不会骑马，不想扔下患难与共的夫人，就放弃了骑马。
郭松龄等人化装成农民坐着骡车，走出新民县约20里，遭到奉军王永清骑兵旅的追击，卫队战败，郭松龄夫妇藏在农家的菜窖内被搜捕出来。 24日下午，王永清将逮捕郭的消息报告给骑兵旅长穆春，并将郭氏夫妇押解到老达房烧锅院内，等待奉天的命令。张作霖听到消息后，欣喜若狂，在电话中向穆春说：“把郭鬼子给我送奉天来，我要亲自枪毙他。”放下电话后，想了想，又把电话打过去：“把郭鬼子给我看好，我这边派人去取他，我要亲自审问他为什么反我。”
25日晨，张作霖派出卫队团长高金山去押解郭松龄，但随后不久，张作霖又下达了“将郭氏夫妇就地枪决”的命令。史料记载，杨宇霆担心夜长梦多，张学良会出手相救，便向张作霖进言即杀郭松龄，以绝后患。
1925年12月25日上午10时，高金山将郭松龄夫妇押到离老达房5里许的地方枪杀。临刑前，郭松龄面不改色，对东三省人民留下遗言：“吾倡大义，出贼不济，死固分也;后有同志，请视此血道而来”！夫人韩淑秀也从容不迫地说：“夫为国死，吾为夫死，吾夫妇可以无憾矣，望汝辈各择死所！”当高金山下达开枪命令时，韩淑秀满怀深情地看着郭松龄说：“茂宸，我要你放心地看着我先走，来吧，先打死我。”
此时，郭松龄42岁，韩淑秀35岁。
郭松龄被捕时，王永清曾电告张学良。张学良得知高金山受命押解郭氏夫妇，拟电令高金山将郭押解到军团部，想救郭松龄一命，送他出国留学。但电未发出，即接高金山电话，告张已将郭处决。张学良得到郭松龄被处死的消息后，痛惜地说：“如郭不走，决不致死。”
郭氏夫妇被害后，张作霖命令将郭氏夫妇的尸体运回奉天，在小河沿体育场曝尸三日示众，并将遗体拍成照片各处张贴，传示东三省各市、各县，惩一儆百。当时小河沿围观群众数以千计。
郭氏夫妇死后，因父母、弟弟和继子逃难在外，遗体由亲友代为装棺，暂厝于小东门外珠林寺。“九一八”事变后，其家属才把郭氏夫妇安葬在家乡附近，1948年，由其继子郭鸿志移葬于沈阳东陵区七间房墓地。
张学良对郭松龄夫妇的死很是惋惜。1926年，张学良给饶汉祥的信中说：“良与茂宸共事七年，谊同骨肉，其去冬举事鲁莽……良事前不能察防，事败不能援手。回忆前尘，曷极方事之殷，良惟自愧。”后来，每当张学良遇到难办的事，就感叹说：“有茂宸在，哪用我为这份难？”1981年，“九一八”事变50周年之际，张学良回顾往事仍扼腕长叹说：“如果当时郭松龄在，日本人就不敢发动‘九一八’事变”。这是张学良对郭松龄军事才能的一种充分肯定，也是对良师益友郭松龄的深切缅怀。
