投靠亲戚，并跟踪查访孙传芳的门牌号、车号。1935年11月13日，她打听并混入孙氏清修所在地“诵经”，并以事先暗藏之勃朗宁手枪将孙传芳当场枪杀；随后，她向警察要求自首，并被天津市警察局第一分局局长阎家琦经审问后予以拘禁。此谋杀案在当时引起极大轰动，报章、杂志争相报导，称赞她为“女中豪杰”、“巾帼英雄”，要求政府特赦。1936年4月13日，《新天津报》刊登她在狱中写作的文章《亲爱的同胞，赶快奋力兴起吧》。1936年8月13日，施剑翘被河北高等法院判处7年监禁。经冯玉祥、李烈钧、于右任、张继、宋哲元等人出面