事件発生当時、土佐藩家老の寺村左膳は新選組による犯行だと考え、新選組から離脱し、対立していた御陵衛士の証言もそれを補強した。海援隊士は当時「いろは丸事件」などでトラブルを抱えていた紀州藩の犯行と推定し、天満屋事件などが起こったが、実行犯は見つからなかった。しかし大正元年、見廻組隊士今井信郎の供述に基づく龍馬殺害の経緯が『維新土佐勤王史』に収録され、大正15年には今井の口上書が『坂本龍馬関係文書』に収録された。以降は文献的に京都見廻組の佐々木只三郎らを実行犯とする説が通説として扱われている。
龍馬と中岡の死は倒幕派に大きな衝撃を与えた。岩倉具視は「何物の凶豎ぞ、我が両腕を奪い去る」と嘆き、太宰府にいた三条実美は寝食を忘れるほど慟哭し、12月20日には両名のために祭壇を作って霊を祀っている。由利公正も同士とともにその霊を祀っている。
間もなく気がついた龍馬は、刀を灯火にかざし「残念残念」と言い、「慎太、慎太、手は利くか」と言った。中岡が「手は利く」と答えると、龍馬は六畳間のところに行き「新助医者を呼べ」といった。それからかすかな声で「慎太、僕は脳をやられたからもうだめだ」と言い、昏倒した。中岡は痛みをこらえ、裏の物干しに出て家人を呼んだが返答がなく、屋根を伝って北隣の道具屋井筒屋嘉兵衛の家の屋根で人を呼んだが返答はなく、そのままそこにとどまった。
中岡は刀を屏風の後ろにおいており、刀を抜くこともできずに鞘のままで防戦していた。しかし最初の傷が深く、両手両足を斬られ、特に右手はほとんど切断されるほどであった。また臀部を骨に達するほど斬られたが、中岡は死んだふりをしていた。刺客は「もうよい、もうよい」と叫び、引き上げた。
藤吉が倒れ、大きな物音がすると、龍馬は「ほたえな!（土佐弁で「騒ぐな」の意）」と叫んだ。このあと二人の刺客が奥の八畳間に乱入、一人は龍馬の前頭部を横に払い、一人は中岡の後頭部を斬った。龍馬は奥の床の間にあった刀を取ろうと振り返ったところを右の肩先から左の背中にかけて斬られた。龍馬は刀をとって立ち上がったが、抜くには至らず、鞘のままで刀を受け止めた。しかし刺客の刀は鞘ごと刀を削り、龍馬の前頭部に大きな傷を与えた。龍馬は「石川（中岡の別名）、刀はないか、石川、刀はないか」と叫びつつ倒れた。
夜になり客が近江屋を訪れた。谷干城が中岡から聞いた証言によれば、客は十津川郷士を名乗って龍馬に会いたいと願い出た。応対に出た山田藤吉は、名刺を龍馬のもとに持っていった。藤吉は戻っていったところで斬られた。谷は藤吉が龍馬らが襲撃された八畳間で倒れていたと証言した。峰吉はこれに対して、藤吉が階段下で斬られていたことから、取り次いだ形跡はないとしている。今井信郎は刑部省の口上書において、五ツ半頃、松代藩士を名乗って応接を求め、四名が部屋に上がっていったと証言している。
11月15日（グレゴリオ暦12月10日）、七ツ半（午後五時）頃、中岡は書店であった菊屋を訪れた。中岡は主人の息子である鹿野峰吉に手紙を渡し、錦小路の薩摩屋に持参して、返事は近江屋に持ってくるよう告げた。中岡は途中で土佐藩士の谷干城の下宿を訪れたが、不在であったためそのまま近江屋に向かった。六ツ半（午後七時頃）、薩摩屋からの返書を持った峰吉が近江屋に到着した。その頃龍馬と中岡は何事か話し合っていたが、峰吉が中岡に返書を渡した後、岡本健三郎が入ってきた。小半時ほど雑談した後、龍馬が腹が減ったと言い出し、峰吉に軍鶏を買いに行かせ、用事があった岡本も峰吉と同行した。峰吉は四条小路の島新に向かい、軍鶏肉を購入して近江屋に戻ったのは五ツ半（午後九時頃）だった。
船型はモノハル型、2層の全通甲板を備えた遮波甲板型とされており、艦首には特徴的な高い船首楼が、艦尾には大きくオーバーハングしたトランサム・スターンが採用されている。主船体は3層構造であるが、後述の深海救難艇（DSRV）や人員輸送カプセル（PTC）の揚降のため、上甲板から船底までを貫通して直接海につながった開口部が設けられている。この開口部はセンター・ウエルと称されており、長さ約18メートル×幅約5.5メートルである。艦の航行時には船体水中抵抗の増大要因となるため、センター・ウエル内の吃水線付近には前後に開閉式の制波板が取り付けられている。一方、センター・ウエルの前方上方にあたる前部上部構造物内には、第1甲板・01甲板の2層分を確保してDSRVの格納庫が設置されている。先行してDSRVを運用していたアメリカ海軍のピジョン級支援母艦では、必要に応じてDSRVを搭載して運用する方式であったことから恒常的な搭載設備は設けられておらず、これは当時世界的にも珍しい装備であった。この格納庫を設けるためもあって、艦橋構造物は4層構造の巨大な箱型構造物となっており、本艦の外見上の大きな特徴となっている。前部上部構造物では、03甲板は前方が艦橋とされており、両端にはウィングが設けられている。また同レベルには戦闘指揮所（CIC）やレーダー室も設けられている。01・02甲板は居住区画となっている。また、後部上部構造物は潜水艦乗員用の休養・宿泊施設となっている。その上方の01甲板は、艦幅いっぱいのヘリコプター甲板とされており、HSS-2ヘリコプターの発着が可能である。煙突背面に発着管制室および水平灯も装備されている。