しかし、マニラでは戦犯容疑者と同じキャンプに収容され、日本軍将兵一同に、皆は特攻隊員となり裁判による被害を最小限に止めよ、日本陸軍乃至日本の名誉のためにも部隊長や兵団長が捕虜殺害の命令を出したというようなことは絶対に言ってはならない、祖国は諸君やその家族を絶対に見捨てない、と訓示したという。このときは敗戦直後でまだ軍紀が維持され連合国軍への敵愾心も旺盛で、武藤の言葉は素直に受止められ、一同はそうすることを誓い合ったという。その結果、とくに初期に裁判を受けた者はこれを通したという。ところが、このために上級者は命令を出したことを一切否定し、実行した下級者は情状酌量を得られる可能性もなくし、下級者ばかりが死刑になったという（ただし、後には、これも崩れて、孰れか一方が犠牲になって法廷に争いを持ち込まなかった一部の将兵が居はしたものの、得てして醜い争いを演じるようになったという。)。
東京裁判.
マニラ軍事裁判の後、極東国際軍事裁判（東京裁判）に逮捕起訴されるため日本に戻される。
東京裁判で太平洋戦争が始まった時期に陸軍軍務局長を務めていたときの開戦責任及びフィリピンやスマトラにおける日本軍による虐待や虐殺事件の責任のみが有罪とされ、他の時期の罪は当時そのような地位にはなかったとして、南京での虐殺事件の責任も含めて無罪となった。虐待や虐殺事件の責任で死刑判決を受けたと考えられる。東京裁判で死刑判決を受けた軍人の中で、中将の階級だったのは武藤だけである。
また武藤と田中隆吉は互いに相手に対して嫌悪感をいだいており、武藤の東京裁判での訴追は田中のジョセフ・キーナン主席検察官への証言が元になったと主張されることもある。武藤は田中が軍部内の動きを法廷で暴露し自分を叩く証言をしたことについて、笹川良一に「私が万一にも絞首刑になったら、田中の体に取り憑いて狂い死にさせてやる」と語ったという。田中はもともと双極性障害があり、親族には自殺と思われる死に方をした人も多く、田中自身も心因性の理由から何度か入退院や自殺未遂を起こしている。が、武藤の処刑後「武藤の亡霊が現れる」と田中が語るのを聞いたと語る人間もいて、田中の自殺未遂の原因を武藤との因縁話に結びつける向きもある。
であった。また、次のような詩を書き残している。
御代田町