杜立三自以為精明幹練，佈置妥帖，不知道狐狸遇著了虎狼，那張作霖更不含糊。還在杜立三動身之前，他就密令張景惠領五百騎兵繞道到達八角台待命。在探得杜立三動身後，張景惠兵分兩路，騎兵主力進駐「三界溝」附近，一面做好進剿準備，一面防止外面的「鬍子」增援。所分出的另一部分騎兵潛伏於遼河岸上的卡力馬，對杜立三設於西佛牛錄鎮的重點哨所進行牽制，同時防止杜立三逃逸回竄。
在新民街上，張作霖把一家飯店作為接待杜立三的招待處，殷鴻壽則住在一家當鋪的後院內，執行抓捕任務的士兵都藏在這家當鋪裡。
裡面已經布下天羅地網，外面仍是風和日麗。當杜立三一行到達新民府城郊外時，張作霖即派人迎接，將他們引至招待處，一如所承諾的那樣熱情周到。杜立三在稍事休息之後，也派宋慶濂去向張作霖報到，並約期會面。
宋慶濂一到張作霖處便發現落入了對方陷阱，不過張作霖並沒有強行將其拿下，而是來了個曉之以理，動之以情。
此時宋慶濂明知眾寡懸殊，若要反抗的話可以說是毫無益處，只有吃虧的份兒。更何況他似乎也沒有為「大當家的」無條件殉職的必要——杜立三平時為人殘暴，待屬下苛刻，相比之下，張作霖性格和善，處事較為厚道，倒更像一個值得跟隨的「明主」。權衡利弊，宋慶濂當即決定「棄暗投明」，歸順張作霖。
這邊杜立三尚蒙在鼓裡，那邊張作霖已隨同宋慶濂親自來招待處拜會。讓杜立三感到驚訝和釋然的是，張作霖便衣簡從，居然隨身僅帶了兩名護衛。
接下來，大家共進午餐。席間張作霖頻頻向杜立三舉杯，預祝對方在晉省後能夠一帆風順，陞官耀祖。當時一般規矩是官招待官，兵招待兵，隨杜立三前來的十三名護衛另有人招待，而且也全都是大酒大肉，招待得慇勤備至。
飯後，張作霖邀杜立三同去「招撫委員」殷鴻壽處拜會。杜立三的護衛們大多已是酒醉飯飽，人困馬乏，而且既然張作霖僅帶兩名護衛，杜立三要是再帶上一大堆人未免丟份兒。護衛中有杜立三的內弟和族侄，這兩人是他的心腹，對他忠心耿耿，因此杜立三決定只帶上這兩人，其餘人等由宋慶濂指揮，在招待處靜候。
杜立三一離開招待處，潛伏在店內的便衣隊就展開行動，將店裡的人全部包圍起來。有人想要反抗，立即被宋慶濂制止，讓他們不要動手，聽憑處理。在宋慶濂的配合下，杜立三留在店內的護衛被悉數解除了武裝。
張、杜來到殷鴻壽所在的當鋪後，下馬並肩入內。殷鴻壽將他們迎進後院北房，護衛則留在外屋。按照原定計劃，張作霖和殷鴻壽等人本打算請杜立三上炕，趁他吸鴉片時，讓人在炕上將其按住後予以擒拿。可是杜立三不吸鴉片，而且他久闖江湖，非常機警，一進屋就揀背牆面向其他人的位置坐下，同時兩手不時插入兜內撫摩槍柄，使得暗藏的抓捕士兵根本沒法下手。
見此情景，張作霖和殷鴻壽只好自己先上炕吸煙，以便藉機行事。兩人一邊吸煙，一邊恭維杜立三，說杜立三敢於和俄國兵交鋒，給國家出了氣，替老百姓報了仇，是了不起的英雄好漢，又說朝廷由於愛惜人才，不但赦免杜立三過去的一切罪惡，而且還要將他升為軍官，為國家出力。
對這些試圖轉移注意力、讓他放鬆警惕的恭維話，杜立三始終抱著唯唯諾諾的態度，不做任何肯定答覆，只是連說「再商量」。非但如此，在發現不斷有人進進出出，而且門外還有雜沓的腳步聲和低語聲後，杜立三的疑心還更大了起來，一再要起身告辭。
眼見炕上擒拿這一招已經失敗，張作霖、殷鴻壽只得使用預定的第二套方案。在預料門外業已佈置就緒的情況下，兩人假裝不再夠挽留杜立三，一同起身送他出門。隨著殷鴻壽一聲高喊：「送客！」門外已有人揭起了門簾。
杜立三走在前面，因為即將離開，戒備和緊張情緒也一下子放鬆了許多。可是就在他跨出門，轉身請殷鴻壽「留步」的時候，話還沒說完，便有人從背後伸過手來，將其緊緊抱住！
杜立三立刻明白了是怎麼一回事，他一邊破口大罵，一邊想要拔槍反抗，無奈兩手已被人死死壓住，一動也不能動。這時又有幾名壯漢衝上來，將杜立三按倒在地，摘下手槍後捆綁了起來。
杜立三叫罵，也是為了向留在外屋的兩名護衛發出信號，但張作霖早就佈置好了監視兵，那兩名護衛剛剛拔出槍，就被打中手腕並遭到生擒活捉。
在將杜立三拿住後，張作霖、殷鴻壽和知府沈金鏨經過商議，確定將其處死。當晚，殷鴻壽宣讀省法令，公佈了杜立三的罪狀，在奉天營務處警務人員的監視下，杜立三被就地正法。