Den militære dommer Karl Sack, medlem av motstandsbevegelsen hadde bevisst forsinket Dohnányis sak, men i 1944 ble Dohnányi sendt til Sachsenhausen konsentrasjonsleir. Hans deltakelse i 20. juli-attentatet kom til syne etter at planen mislyktes. Også Gestapo fant noen av de dokumenter han hadde tidligere lagret og gjemt, og bestemte seg for at Dohnányi var «den åndelige leder av konspirasjon» mot Hitler. På Hitlers ordre, den 6. april 1945 ble han dømt til døden av en SS standrett to eller tre dager senere (avhengig av kilde) og hengt med pianotråd.