פרנק הועמד למשפט פושעי המלחמה בנירנברג. במהלך המשפט המיר פרנק את דתו לנצרות קתולית והכריז כי גילה את האל וכי חזר בתשובה. התברר כי במהלך שנותיו כמושל כללי של הגנרלגוברנמן ניהל פרנק יומן, וארבעים כרכי יומן זה, בהם מתאר פרנק את הפשעים שפשע כנגד האנושות: השמדת עם, הטלת עבודות כפייה, ביזה ושוד, הם שהיו הראיה המרכזית כנגדו. פרנק הודה במקצת העבירות בהן הואשם, והתבטא כי עונש המוות לו ציפה יהיה כפרה על מקצת מחטאיו. על דוכן העדים הצהיר: "אלף שנים תעבורנה, ואשמת גרמניה לא תימחה". הוא הורשע בפשעי מלחמה וכן בפשעים כנגד האנושות, ונידון למוות בתלייה. ב-16 באוקטובר 1946 בוצע גזר הדין. על הגרדום אמר פרנק: "אני מודה על הטיפול האנושי שקיבלתי בשבי, ומבקש מהאל שיקבלני ברחמים".