同时，又因其刚毅自信，为人坦率，锋芒毕露，尤其藐视黎元洪，因此，被黎元洪视为心腹大患，密谋除之。袁世凯任临时大总统后，邀请首义党人及将领百十人入京，聘为总统顾问，张振武便位于其中。不久袁世凯又任张振武为蒙古调查员，黎元洪本以为可以调虎离山，孰知张振武不满意，负气返回武汉。黎元洪到处找人说服张振武赴北京就任，并赞助四千元作为旅资。1912年8月11日，张振武偕湖北将校团团长方维等武昌首义将校13人，并随从30余人乘火车北上。

张振武一离开武昌，黎元洪即密电袁世凯说：张振武“蛊惑军士，勾结土匪，破坏共和，昌谋不轨……伏乞将张振武立予正法，其随行方维，系属同恶相济，并乞一律处决，以昭炯戒。”要求袁世凯立即将张振武和方维二人立即予以捕杀。

袁世凯斟酌再三，于1912年8月15日签发了捕杀张振武的军令，同时派出姜桂题、段芝贵执行杀人任务。当晚8时，张振武与鄂省在京将校一起宴请北方将校。10时席散，张振武乘马车返归金台旅馆。当行至前门棋盘街牌楼下时，忽然伏兵四出，将其绑缚至西单牌楼玉皇阁军政执法处，未经审讯，即于16日凌晨1时将其处死，同时来京的湖北将校团团长方维也在当夜被处死。待时值同在北京的孙武、时功玖等人前去营救时，张振武已经牺牲。史上亦称“张方事件。”