年二二八事件蔓延至当地后，他参与于当地处理委员会并斡旋多方交涉，并代表嘉义市二二八事件处理委员会在水上机场与守军进行和谈，遭到中华民国国军禁锢，并刑求拷打、指甲被插刺铁钉，未经司法审判下被全身綑绑押至嘉义市区游街示众后公开枪决；与同为市参议会议员的画家陈澄波、牙医卢鈵钦与戏院老板柯麟同遭处决。直到处决前日，潘木枝基于日治时期法治社会的价值观，仍旧怀抱凭借司法审判替自己辩护的希望。行刑当日，潘木枝的次子潘英哲（15岁）因欲营救父亲遭国军开枪射击头部身亡；行刑时，潘极度痛苦而喊叫至下颚脱臼，并在三子潘英三安抚下