De Duitse contra-spionage zat natuurljk niet stil en was al maanden voordien er op uit om het netwerk op te rollen. Het was hen opgevallen dat vele geallieerde soldaten de Belgisch-Nederlandse grens waren overgestoken. De versies door wie, of en hoe het netwerk verraden wred, lopen nogal uiteen. Zo zou een verrader in het spel zijn geweest, de Fransman Gaston Quien, die opereerde voor de Duitse Abwehr. Die had zich in het netwerk geïnfiltreerd in het uniform van een Franse soldaat en werd aldus opgevangen door de Croy's in het kasteel van Bellignies en later door Louise Thuliez naar Brussel gebracht. Na het einde van de Eerste Wereldoorlog werd Quien gevat en voor verklikking eind 1919 ter dood veroordeeld. In januari 1920 echter werd de zaak heropend en wegens een voor hem ontlastend getuigenis van de verpleegster Wéry, een voormalige medewerkster van Cavell, werd Quien vrijgesproken en vrijgelaten.

Hoedanook, in de zomer van 1915 waren de Duitsers het netwerk op het spoor geraakt. Een eerste huiszoeking bij Edith Cavell levert niks op. Haar dagboek waarin vele namen en adressen waren genoteerd, had ze in een kussentje ingenaaid. Op 31 juli 1915 arresteren de Duitsers Phillipe Baucq. Bij de huiszoeking wordt er belastend materiaal aangetroffen en in notities wordt herhaaldelijk Edith Cavell's naam vermeld. Nauwelijks zes dagen later, 5 augustus 1915 wordt Edith ingerekend door Otto Mayer, een officier van de Duitse Geheime Dienst, en opgesloten in de gevangenis van Sint-Giliis.

Na 72 uren ondervraging die tot niets leid, lokken de Duitsers Edith in de val. De Duitse ondevragers vertellen haar dat ze al lang over de gevraagde informatie beschikken en dat zij enkel door volledige bekentenissen af te leggen, het leven van haar vrienden kon sparen van executie. De nogal goedgelovige en naieve Edith trapt in de list en legt volledige bekentenissen af. In enkele weken tijd wordt bijna het ganse netwerk opgerold. 66 medewerkers belanden achter de tralies.

Tijdens latere reconstructies van de feiten werd de houding van Cavell betreurd en afgekeurd. Ferdinand Tuohy, een officier van de Britse Geheime Dienst, wijtte het oprollen van het netwerk bijna geheel aan de loslippigheid van Edith. Zo werden twee van de beste contacten van de Britse Geheime Dienst, Alexander Franck en Joseph Baeckelmans door toedoen van Edith, door de Duitsers gearresteerd. Hun contactpersoon, de Engelse kapitein Sigismund Payne-Best (1885–1978), zal later onthullen dat beide spionnen samenwerkten met het Belgische ontsnappingsnet en al enkele dagen na de arrestatie van Edith werden opgepakt. Payne zal haar verantwoordelijk stellen van de ineenstorting van de Belgische Inlichtingendienst.

Het proces tegen Edith Cavell, Philippe Baucq en de rest van de leden van het ontsnappingsnetwerk begon op 7 oktober 1915 en vond plaats in de Brusselse Senaat. Al na enkele dagen was het proces afgelopen. De Duitse bezetter had er stilaan genoeg van gekregen dat soldaten werden weggesmokkeld en wilde een afschrikwekkend voorbeeld stellen. Op basis van paragraaf 58 van het Duitse militaire wetboek volgde de uitspraak door de krijgsauditeur Ströber al op 9 oktober: Cavell en Baucq kregen de doodstraf door executie voor hoogverraad. Twee andere vrouwen, de Franse gravin Jeanne de Belleville uit Montignies en Louise Thuliez uit Rijsel kregen eveneens de doodstraf. Andere vrouwen kregen dwangarbeid opgelegd: Ada Bodart (15 jaar), prinses Marie de Croy (10 jaar) en haar medewerksters Joséphine Honoré, Marie Mouton, Delphine Souvet, Julie Van de Mergel (elk 3 jaar) en Marie Libiez-Dubuisson (2 eneenhalf jaar).

In de vroege ochtend van 12 oktober 1915 werden Baucq en Cavell uit hun dodencel gehaald. Om 7 uur 's ochtends werd Edith Cavell, nog steeds gekleed in haar verpleegstersuniform, voor het vuurpeloton gebracht. Geblindoekt en met een zwarte sluier over het hoofd, door het executiepeloton doodgeschoten. De pelotonscommandant vuurde van dichtbij een genadeschot door haar hoofd. Haar lijk werd ter plaatse in een greppel begraven. Philippe Baucq werd even later op dezelfde dag als Edith eveneens doodgeschoten. De doodstraffen van de andere leden van het netwerk, zoals Thuliez en gravin de Belleville, werden nadien omgezet in levenslange gevangenisstraf. De prinses Marie de Croy zal nog tot aan het einde van de oorlog opgesloten blijven in een Duitse gevangenis, zo bevreesd waren de Duitsers voor haar durf en intellect.