杜立三自以为精明干练，布置妥帖，不知道狐狸遇着了虎狼，那张作霖更不含糊。还在杜立三动身之前，他就密令张景惠领五百骑兵绕道到达八角台待命。在探得杜立三动身后，张景惠兵分两路，骑兵主力进驻“三界沟”附近，一面做好进剿准备，一面防止外面的“胡子”增援。所分出的另一部分骑兵潜伏于辽河岸上的卡力马，对杜立三设于西佛牛录镇的重点哨所进行牵制，同时防止杜立三逃逸回窜。
在新民街上，张作霖把一家饭店作为接待杜立三的招待处，殷鸿寿则住在一家当铺的后院内，执行抓捕任务的士兵都藏在这家当铺里。
里面已经布下天罗地网，外面仍是风和日丽。当杜立三一行到达新民府城郊外时，张作霖即派人迎接，将他们引至招待处，一如所承诺的那样热情周到。杜立三在稍事休息之后，也派宋庆濂去向张作霖报到，并约期会面。
宋庆濂一到张作霖处便发现落入了对方陷阱，不过张作霖并没有强行将其拿下，而是来了个晓之以理，动之以情。
此时宋庆濂明知众寡悬殊，若要反抗的话可以说是毫无益处，只有吃亏的份儿。更何况他似乎也没有为“大当家的”无条件殉职的必要——杜立三平时为人残暴，待属下苛刻，相比之下，张作霖性格和善，处事较为厚道，倒更像一个值得跟随的“明主”。权衡利弊，宋庆濂当即决定“弃暗投明”，归顺张作霖。
这边杜立三尚蒙在鼓里，那边张作霖已随同宋庆濂亲自来招待处拜会。让杜立三感到惊讶和释然的是，张作霖便衣简从，居然随身仅带了两名护卫。
接下来，大家共进午餐。席间张作霖频频向杜立三举杯，预祝对方在晋省后能够一帆风顺，升官耀祖。当时一般规矩是官招待官，兵招待兵，随杜立三前来的十三名护卫另有人招待，而且也全都是大酒大肉，招待得殷勤备至。
饭后，张作霖邀杜立三同去“招抚委员”殷鸿寿处拜会。杜立三的护卫们大多已是酒醉饭饱，人困马乏，而且既然张作霖仅带两名护卫，杜立三要是再带上一大堆人未免丢份儿。护卫中有杜立三的内弟和族侄，这两人是他的心腹，对他忠心耿耿，因此杜立三决定只带上这两人，其余人等由宋庆濂指挥，在招待处静候。
杜立三一离开招待处，潜伏在店内的便衣队就展开行动，将店里的人全部包围起来。有人想要反抗，立即被宋庆濂制止，让他们不要动手，听凭处理。在宋庆濂的配合下，杜立三留在店内的护卫被悉数解除了武装。
张、杜来到殷鸿寿所在的当铺后，下马并肩入内。殷鸿寿将他们迎进后院北房，护卫则留在外屋。按照原定计划，张作霖和殷鸿寿等人本打算请杜立三上炕，趁他吸鸦片时，让人在炕上将其按住后予以擒拿。可是杜立三不吸鸦片，而且他久闯江湖，非常机警，一进屋就拣背墙面向其他人的位置坐下，同时两手不时插入兜内抚摩枪柄，使得暗藏的抓捕士兵根本没法下手。
见此情景，张作霖和殷鸿寿只好自己先上炕吸烟，以便借机行事。两人一边吸烟，一边恭维杜立三，说杜立三敢于和俄国兵交锋，给国家出了气，替老百姓报了仇，是了不起的英雄好汉，又说朝廷由于爱惜人才，不但赦免杜立三过去的一切罪恶，而且还要将他升为军官，为国家出力。
对这些试图转移注意力、让他放松警惕的恭维话，杜立三始终抱着唯唯诺诺的态度，不做任何肯定答复，只是连说“再商量”。非但如此，在发现不断有人进进出出，而且门外还有杂沓的脚步声和低语声后，杜立三的疑心还更大了起来，一再要起身告辞。
眼见炕上擒拿这一招已经失败，张作霖、殷鸿寿只得使用预定的第二套方案。在预料门外业已布置就绪的情况下，两人假装不再够挽留杜立三，一同起身送他出门。随着殷鸿寿一声高喊：“送客！”门外已有人揭起了门帘。
杜立三走在前面，因为即将离开，戒备和紧张情绪也一下子放松了许多。可是就在他跨出门，转身请殷鸿寿“留步”的时候，话还没说完，便有人从背后伸过手来，将其紧紧抱住！
杜立三立刻明白了是怎么一回事，他一边破口大骂，一边想要拔枪反抗，无奈两手已被人死死压住，一动也不能动。这时又有几名壮汉冲上来，将杜立三按倒在地，摘下手枪后捆绑了起来。
杜立三叫骂，也是为了向留在外屋的两名护卫发出信号，但张作霖早就布置好了监视兵，那两名护卫刚刚拔出枪，就被打中手腕并遭到生擒活捉。
在将杜立三拿住后，张作霖、殷鸿寿和知府沈金錾经过商议，确定将其处死。当晚，殷鸿寿宣读省法令，公布了杜立三的罪状，在奉天营务处警务人员的监视下，杜立三被就地正法。