Antonescu överlämnades därefter till Sovjetunionen och fördes bort i fångenskap men återlämnades i maj 1946 till Rumänien för att ställas inför rätta i Bukarest anklagad för att ha stött den tyska invasionen av Sovjetunionen. Han befanns skyldig och dömdes till döden. Tillsammans med Mihai Antonescu (vice premiärminister och utrikesminister), Gheorghe Alexianu (guvernör för Transnistrien) och Constantin Z. Vasiliu (polischef) arkebuserades Antonescu den 1 juni 1946 vid Jilavafängelset i utkanten av Bukarest. Platsen där avrättningen ägde rum kallas Valea Piersicilor, "Persikoträdens dal". Efter exekutionsplutonens eldgivning gavs Antonescu två nådaskott.