太平洋战争开战之前都能接触到政治最高层的消息，对日本国政施加影响。1939年，成为满铁调查部嘱託职员，在此期间他趁机打探关东军的动向。1941年，佐尔格间谍案被发觉，尾崎秀实被捕。经过审讯，尾崎秀实承认自己是苏联间谍。1944年11月7日，就在苏联十月革命纪念日当天，尾崎秀实以违反、、治安维持法的罪名，在巢鸭监狱处以绞刑，佐尔格也被绞死。2010年，俄罗斯政府追授给尾崎秀实勋章和奖状。尾崎秀实墓地位于多磨灵园。他写给妻子英子的遗书由青空文库出版。