Az eljárás nem tette lehetővé, hogy az elítéltek fellebbezzenek, így az azonnal jogerőre emelkedett. A halálra ítélteket, Nagy Imre korábbi miniszterelnököt, Maléter Pál volt honvédelmi minisztert és Gimes Miklóst, Nagy Imre sajtófőnökét a Kozma utcai börtönbe szállították, hogy ott várják be a kegyelmi tanács határozatát. Ennek eredménye az esti órákban vált világossá, amikor a kegyelmi kérvényeket egyhangúlag elutasították. A határozatot 23 óra tájban hirdették ki, egyúttal közölték velük, hogy kivégzésükre másnap hajnalban kerül sor.
1958. június 16-án hajnali öt órakor a Kozma utcai börtönben a vesztőhelyre vezették őket és felolvasták halálos ítéletüket. A jegyzőkönyv szerint 5 óra 9 perckor elsőként Nagy Imrén hajtották végre a halálos ítéletet, majd Maléter Pál és Gimes Miklós következett. Az orvosok jelentés szerint Nagy Imre szíve 5 óra 16 perckor szűnt meg dobogni, Maléter Pálnál 5 óra 24 perckor, Gimes Miklósnál 5 óra 28 perckor állapították meg a halál beálltát.
Az összedrótozott, kátránypapírba tekert holttesteket arccal lefelé tették koporsóba, majd jeltelenül földelték el a börtön sétálóudvarán. A koporsókat 1961. február 24-én szállították át a rákoskeresztúri Új köztemető 301-es parcellájába, ahol hamis nevek alatt – Nagy Imrét például Borbíró Piroska néven – ismét jeltelen sírba tették. A sírokat 1989 tavaszán azonosította az exhumálást végző bizottság.
A Kossuth Rádió 1958. június 16-án, pontban éjfélkor ismertette a Nagy Imre és társai ellen lefolytatott perről szóló hivatalos közleményt, amely tudatta, hogy az ítéleteket már végre is hajtották. A közlemény eredeti hangfelvétele már nem található meg a Magyar Rádió hangarchívumában, de a szervezők által rekonstruált hangfelvétel ma, a per hanganyagának lejátszása után hallható lesz a Centrális Galériában.