Ngày 10/8/1964, anh Nguyễn Văn Trỗi và Nguyễn Hữu Lời bị đưa ra tòa án quân sự ngụy quyền Sài Gòn VNCH . Tại tòa, anh Trỗi nhận hết toàn bộ về mình và khẳng định: “Tôi giết bọn cướp nước tôi.” Ðập lại những luận điệu của tên quan tòa, anh dõng dạc nói:
“Các ông mà cũng nói đến pháp luật sao? Không có thứ pháp luật nào cho phép quốc gia này đi xâm lược quốc gia khác! Mỹ xâm lược Việt Nam là đã chà đạp lên những điều cơ bản của luật pháp! Thế mà các ông còn nói rằng quốc gia của các ông có pháp luật!”
Khi ra pháp trường, Nguyễn Văn Trỗi rất bình thản, với tư thế hiên ngang, bất khuất . Anh tranh thủ từng giây phút trước đông đảo nhà báo trong và ngoài nước vạch trần tội ác của đế quốc Mỹ và bọn tay sai bán nước, phản lợi ích dân tộc.
Khi kẻ thù bịt mắt anh, anh đã giật tấm băng đen rồi nói: “Không, phải để tôi nhìn mảnh đất này, mảnh đất thân yêu của tôi”.
Giây phút cuối cùng, anh dõng dạc hô to:
“Hãy nhớ lấy lời tôi
Đả đảo đế quốc Mỹ!
Đả đảo Nguyễn Khánh!
Hồ Chí Minh muôn năm!
Hồ Chí Minh muôn năm!
Hồ Chí Minh muôn năm!”
Hai ngày sau khi hi sinh, anh Nguyễn Văn Trỗi được truy tặng danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân vào ngày 17-10-1964.
Chủ Tịch Hồ Chí Minh sau đó đã ghi trong bức ảnh chụp Nguyễn Văn Trỗi trước pháp trường: “Vì Tổ quốc, vì nhân dân, liệt sĩ Nguyễn Văn Trỗi đã anh dũng đấu tranh chống đế quốc Mỹ đến hơi thở cuối cùng. Chí khí lẫm liệt của Anh hùng Trỗi là một tấm gương cách mạng sáng ngời cho mọi người yêu nước – nhất là cho các cháu thanh niên học tập!”
