夜经过秘密的地道逃离总统府，前往堤岸华侨区，先后藏身在富商马国宣家和圣方济教堂中。次日早晨，即11月2日，吴氏兄弟获悉政变军人允诺让他们安全出国，同意投降。在前往军事总部的途中，兄弟二人在1辆M113装甲运兵车内，被杨文明的保镖阮文戎上尉等人先用一支半自动手枪近距离射杀，尸体又被子弹和刀一再损伤。政变军人们最初试图掩盖处死吴氏兄弟的真相，称吴氏兄弟是自杀，但是这明显与在媒体上曝光的血腥的尸体照片相冲突。吴廷琰被埋葬在美国驻西贡大使馆附近的一个公墓，没有立碑。其五弟吴廷瑾后亦被政变军队处决。只有吴廷俶和吴廷练