第二天，刘青山就又走了，天津地委没有开常委会。又过了几日，张子善也在大院里消失了，连倪科长也不知道张专员去了哪里。常委会倒是开了，但刘婉香惊愕地发现：主持常委会议的换上了地委副书记李克才！而且从李的架势和语气来看，他今后将会在很长一段时间里主持常委会。刘婉香不知道发生了什么事情，他更加惶恐了，整日在大院里惶惶不可终日，他期盼刘青山和张子善快回天津来，向菩萨祷告，保佑刘张平平安安的，平平安安地活到让他杀死的那一天。
和刘婉香在厕所里见面的几天后，刘青山就被捕了。张子善随后被捕。而且刘青山当时就知道他和张子善很可能将会被捕，因为河北省委有人已经跟他透过风声，所以他才会在厕所里没头没脑地跟刘婉香说那样奇怪的话。刘张二人的最初案发，现在比较多的说法是地委副书记李克才率先向中央告发了刘青山和张子善。还有一种说法是，李克才在告发了刘青山和张子善之后，又特意找刘张分别谈了一次话，谈话的大意是，李规劝刘张把涉及此案的其他人尤其是上层的领导人都交代出来，因为这个案子贪污挪用的金额太大，如果没有其他的人来分担责任，尤其是上面的领导人来承担一部分责任，那刘张很可能就此性命不保。显而易见，这么大一笔钱决不可能仅仅是刘青山张子善两个人就能贪污挪用得了的！李克才跟刘青山和张子善都是晋察冀的老战友，出于坚持党的原则，他告发了刘张，但出于当年的生死战斗情谊，他想保住这两个老战友的命。据说刘张对于李克才的苦苦规劝嗤之以鼻，尤其是刘青山，当场就耻笑李克才，说李克才太不懂政治。刘青山说他要是把那些人、尤其是上面的领导都交代出去那才是死定了哩！刘青山说，如果出事被捕，唯一的一条活路就是他和老张两个人把全部的事都扛起来。只有自己全扛了，那些没进去的人才能在外面玩命地想办法救他们，往外捞他们，他和老张两人才能活下来，日后就有机会出狱。刘青山还自信和得意地跟李克才说：他在牢里最多也就呆个三五年，有人已经跟他和子善都打过招呼了！李克才当时问：谁？谁跟你们打的招呼？刘青山一笑说：我能告诉你吗？我政治上会这么幼稚？所以，刘青山在厕所里跟刘婉香说他今后可能三五年都再搞不到一瓶婴儿爽身粉，他说的就是他可能将要在牢里监禁的日期。
刘青山和李克才之间是否有过这样一次谈话，已经无从查证，李克才已经故去多年。但从档案材料上看，刘青山和张子善确实是从来没有想过他们会被判处死刑，都坚信他们只坐几年牢就会获释。档案中记载着刘青山和张子善在接受审讯时说的原话，摘抄几段如下：
（—）1951年9月23日，天津芥园道监狱第四审讯室，刘青山说：“几年以后我出去，领导干部我是不能再当了，我犯了这么严重的错误，我对不起首长和组织，请组织上批准我回老家种地去，我愿当个自食其力的劳动者……”
（二）1951年9月26日，天津芥园道监狱第一审讯室，张子善说：“……我参加革命以前教过几年私塾，今后，我可以去教书。教语文教政治我不能教了，我是政治上犯了错误的，教小孩子算术我还是可以的……”
（三）1951年11月6日，河北保定监狱审讯室，刘青山再次说：“……如果说我还有啥要求的话，我请求组织上到时候也能在村里分给我一块地，再分给我一匹牲口，牛和骡子都成，我老家没人了，我回村后，没地没牲口我种不了地……”（当时正是全国土改，农民都分到了土地和牲畜，故刘青山有此一说。——李唯注）
刘张诸如此类的话，在档案记载中还有多处。
至于现在到处流传的一种说法，说河北省委事先把毛泽东批准死刑的批示给刘青山和张子善看过，故刘张事先已经知道他们会死。此说法在档案中无一字记载，在河北省委以及中央当时有关此事的一切材料中也无一字记载。不知这种煞有介事的说法从何而来。
1952年1月10日，刘青山和张子善被押赴河北保定宣判会场进行宣判。直到这个时候，刘张依然决没有想到他们会被判处死刑，他们依然坚信事先有人给他们承诺过的，只会判他们三到五年。当宣判书念道：“判处刘青山张子善二犯死刑——”刘青山和张子善顿时傻了。上世纪50年代的宣判和今天的法律宣判完全不同，今天的判决都要给人犯留出上诉期，而当年的宣判则是：“判处死刑，押赴刑场，立即执行！”刘张当时就被押走在距宣判会场大约100米的空地上立即枪决了，他们整个蒙了，连清醒过来说一句申辩话的机会都没有。故刘青山张子善一案，数额如此巨大，堪称一项浩大工程的贪污，被判处的只有刘张两人，再没有第三个同案者被涉及和查处。河北省委的一些老人回忆道：当时很多报告和请愿书像雪片般地不断送往中央，有些甚至直接送给了毛主席，很多都是要求枪毙刘青山和张子善的。又据说，其中很有一些上书者，都是过去收受了刘青山张子善的财物，刘张案发事后往监狱里给刘张递话要他们守口如瓶，并保证将来一定会把他们捞出来的人。正是这些人，另一方面比任何人都痛心疾首情绪激愤，一再上书中央，说是不杀不足以平民愤，不杀不足以正党风，强烈要求党中央赶紧把刘张杀了！再据说，执行死刑的法警当时给刘青山收尸的时候，从他被河北省委特批穿着的那件皮大氅口袋里，翻找出五六瓶婴儿爽身粉，显然这是刘青山准备带到服刑监狱去用的。这个细节也证实，刘青山当时绝没有想到他会死！