士兵们抵达教堂后立即拘捕吴氏兄弟，把他们的双手捆绑在身后。吴氏兄弟被捕后和负责护送他们的阮文戎、少校一起坐在装甲运兵车里面，一起离开新山一。回程途中，装甲车停在铁路平交道口；所有说法均认为吴氏兄弟就是在这里遇弒身亡。根据陈文敦等人的调查，杨孝义用一支近距离击中吴氏兄弟，阮文戎则开枪扫射两兄弟，然后用刀不停捅刺他们。回程时，杨孝义作出以下的陈述，向军部报告杀害吴氏兄弟的过程：“我们坐车回到总参谋部的时候，吴廷琰静静的坐下来，可是吴廷瑈和（阮文戎）上尉开始互相辱骂。我不知道是谁先骂人的。然后谩骂越演越烈。