1932年2月28日夜，日本侵略军悍然进攻上海闸北，与中国守军——蔡廷锴、蒋光鼐指挥的第十九路军展开激战。在这节骨眼上，川岛芳子只身潜入吴淞炮台，查清了该炮台的火力配置，给日本军方送去准确情报。嗣后，川岛芳子改扮成富家公子，在夜夜笙歌的百乐门大舞场出手豪阔，一掷千金，结识了国民政府行政院院长孙科，抢先刺探到蒋介石即将下野的消息。日本军部因此重新制定对华侵略政策、调整战略部署。事后，田中隆吉对川岛芳子的谍报才能赞不绝口，称她“可抵一个精锐的装甲师团”。川岛芳子的魅力和魔力的确不小，她先后将国民政府中央政治会议秘书长唐有壬和国民政府行政院院长孙科拉下水，害得他们一个遭通缉，一个被弹劾，在危急时刻，她向他们伸出援手，赢得感激之情。有人认为，超级艳谍川岛芳子是日本“战争机器”的最佳润滑剂，难怪日本军部将她视为不可多得的特殊人才，对她宠任有加。
川岛芳子虽说不是绝代佳人，却也长得神态妖冶，身材火爆，无论是身穿笔挺的西服、华美的和服，还是合体的旗袍，无不魅力四射，电光灼人。据三十年代著名歌星李香兰（山口淑子）的自传《我的前半生》所记，川岛芳子“在人群中有一张非常引人注目的笑脸，她个子不高，匀称的身材包裹在男人的大褂里，却显示出女性的婀娜，气度雍容华贵”，奇就奇在这位威风八面的定国军女司令肩头总喜欢扛一只猴子招摇过市。川岛芳子娴于辞令，很会察言观色，比一般女子更解风情，那些如狼似虎的男人无不认为她是一块值得一咬的“活肉”，却又对她浑身的毒刺心存畏惧。川岛芳子是情场高手，她一生究竟征服了多少男人，连她自己也没个准数，日本军官山家亨、蒙古枭雄甘珠尔扎布（她的丈夫）、日本特务大村洋、田中隆吉、多田俊、稻田正纯、伪满将军方永昌……真是一妇当关，万夫莫敌。
1945年8月6日凌晨，两颗原子弹“小男孩”和“胖子”分别在日本广岛、长崎上空爆炸，又黑又大的蘑菇云顷刻间吞噬了十多万人的生命。其后九天，8月15日，日本裕仁天皇受到极度震慑，宣布投降。“东方的玛塔·哈丽”随之走向了她的人生末路，被国民政府当作头号女汉奸，逮捕归案，关进北平第一监狱。当局对川岛芳子礼遇有加，不仅让她住单间，而且解除手铐，据说这是经北京军统局特意关照过的。其后，河北省高等法院多次提审这位日本间谍，但她百般狡赖，将自己犯下的罪行推卸得一干二净。河北省高等法院掌握的证据相当有限，庭上仅出示了三件物证：第一件是川岛芳子身着戎装的照片，这是她作为日本侵略者的帮凶定国军司令的确凿证据；第二件是刻有司令字样的四方大印；第三件是日本作家村松梢风写的《男装丽人》和《满洲的黎明》两本小说。法庭按疑罪从有的原则定谳，川岛芳子被判处死刑。
据监督行刑的检察官何承斌回忆：川岛芳子是个不怕死的人，她听说中华民国最高法院核准的处决令已经下达，依旧神色如常，只抱怨了一句法官没有证据而判她死刑，实在冤枉。另据负责警戒的宪兵少校谭良泽回忆：刑场内有法官、典狱长、行刑的法警、法医、两名记者以及监督行刑的9团2营4连的宪兵队。被带到刑场中央的川岛芳子，由于经常吸食鸦片，注射吗啡，再加上一年多的牢狱生活，面色腊黄，脸颊浮肿，一头齐耳短发，看上去四十多岁。川岛芳子态度很沉着。法警按法律程序核对了姓名，验明了正身，向她宣布了罪状和死刑判决书。
行刑前，执行官照例询问川岛芳子有何要求，她什么也不说，连例餐——两个馒头，也不想吃，只打算给养父川岛浪速写一封信，这个请求得到执行官的准许。原信用日文写就，翻译过来是这样的：
