Самое существенное Богров рассказал уже в этот вечер. На трех остальных допросах, продолжавшихся до б сентября, он вносил отдельные дополнения. Допросы проводили попеременно судебный следователь по особо важным делам В. И. Фененко и подполковник Иванов. Последний вспоминал, что «Богрова допрашивать было чрезвычайно трудно, он нервничал и постоянно отвлекался посторонними разговорами». Пока шли допросы, Столыпин был еще жив. Одна пуля легко ранила его в руку, но другая попала в грудь. Газеты писали: «Все оживляются надеждой. Столыпина спас покровитель Киева и святой Руси Владимир в образе орденского креста, в который попала пуля и, разбив его, изменила гибельное направление в сердце». На следующее утро после покушения раненый велел подать зеркало, посмотрел язык и улыбнулся: «Ну, кажется, на этот раз выскочу». Но бюллетени о здоровье премьер-министра оказались слишком оптимистичными. Пуля попала в печень.
Срочная операция не помогла, и вечером 5 сентября Столыпин скончался. Дело Богрова было передано из окружного суда, который иногда проявлял снисхождение даже к участникам террористических актов, в военно-окружной суд, от которого нечего было ждать пощады. Суд начался 9 сентября в Косом Капонире Печерской военной крепости-склада, где Богров содержался под следствием. Обвинителем выступал генерал-лейтенант М. И. Костенко, от адвоката подсудимый отказался. По словам Костенко, «во время судебного заседания Богров держал себя корректно и совершенно спокойно, говорил он, обращаясь больше к публике, в числе которой были министр юстиции Щегловитов, командующий войсками, его помощник, киевский губернатор и предводитель дворянства, комендант, чины гражданской и военной прокуратуры». Помимо названных лиц, в каземате никто не присутствовал, так как суд проходил при закрытых дверях. Заседание началось в 16 часов и продолжалось примерно до 21 часа 30 минут. Судьи совещались около получаса, после чего огласили приговор. Богров был признан виновным в преднамеренном убийстве премьер-министра и приговорен к повешению.
В ночь на 12 сентября в камеру Богрова вошли судебные чиновники. По словам одного из тюремщиков, проснувшийся убийца сказал им: «Самая счастливая минута в моей жизни только и была, когда узнал, что Столыпин умер». Приговоренного вывели на один из фортов крепости — Лысую гору, где была установлена виселица. При казни присутствовали делегаты черносотенных союзов, желавшие убедиться в том, что арестованного не подменили. В 3 часа 2 минуты утра смертнику надели на голову саван и подвели к виселице. Много лет спустя палач вспоминал, что Богров сорвался с виселицы и он торопливо стал вторично налаживать петлю на шею Богрову. Из-под мешка послышалось надорванное, скрипучее и бессильное: «Сволочи!» Этот драматический эпизод не очень достоверен. Однако даже враждебно настроенные к Богрову свидетели казни признавали, что он держался с большим мужеством.
