十六日，吴胜兆未举兵而事泄被捕，入狱穷治。清军污蔑陈子龙与吴“共谋”，遣兵捕之。陈子龙逃往苏州，易姓李，改字大樽。当时清军江宁将军巴山、都御史陈锦和江宁巡抚土国宝阴谋乘吴胜兆事，“尽除三吴知名之士”，而以陈子龙为首。五月初，他们派出士兵五百，在苏松一带大肆搜捕达五六日之久，最后陈子龙在吴县被捕。巴山等人对他进行审讯，他“植立不屈，神色不变”。陈锦问他为何官？曰：“我崇祯朝兵科给事中也。”又问：“何不剃发？”曰：“吾唯留此发，以见先帝于地下也。”又问，陈子龙凛然挺立，拒不回答。乃执之舟中，令卒守之。五月十三日，陈子龙被押往南京，在途中经松江境内跨塘桥时，他乘守者不备，突然投水以死，捞起时已经气绝，清军还残暴地将其凌迟斩首，弃尸水中。时年四十岁。次日，陈子龙门生王沄、轿夫吴酉等在毛竹港找到他的遗体，具棺埋葬。
魂归陈子龙墓位于松江区余山镇广富林村。1988年修竣陈子龙墓，墓地为花岗石平台，墓碑为清乾隆五十一年（1786）之原物。墓前有石柱方亭，名沅江亭。有陈子龙画像碑，刻有传略。墓门额为李一氓书。
评誉陈子龙诗歌虽受“前后七子”影响，但是能够摆脱“诗必盛唐”之窠臼，兼学齐梁丽藻、初唐四杰音韵和盛唐格调，对晚唐诗歌之秾丽特征也有一定吸收，这些要素配合其过人才气，使其诗歌与“前后七子”大不相同，因此乾隆年间著名诗人和诗歌评论家赵翼全面否决“前后七子”却对陈子龙诗歌予以相当高的评价，认为陈子龙的诗论“意理粗疏处，尚未免英雄欺人”，却不得不承认他“沉雄瑰丽，实未易才”。
清代康熙年间著名诗人、词人朱彝尊在编选《明诗综》，高度评价陈子龙在恢复诗歌大雅传统的功绩：“王李教衰，公安之派浸广，竟陵之焰顿兴，一时好异者，诪张为幻。关中文太清倡坚伪离奇之言，致删改《三百篇》之章句；山阴王季重寄谑浪笑傲之体，不免绿衣苍鹘之仪容。如帝释既远，修罗药叉，交起搏战，日轮就暝，鵩子鹗母，四野群飞。卧子张以太阴之弓，射以枉矢，腰鼓百面，破尽苍蝇蟋蟀之声，其功不可没也。”
对于陈子龙在诗歌方面正本清源的作用，钱瞻百也有类似评价：“大樽（陈子龙）当诗学榛芜之余，力辟正始，一时宗尚，遂使群才蔚起，与弘、正比隆，摧廓振兴之功，斯为极矣。”
缪天自持类似观点：“剥极而反，否极而复，先征于声音之道，卧子当楚人众咻之余，力追正始，允矣人豪。”
龚蘅圃则针对那些将陈子龙与前后七子一并批评者提出见解：“若诗当公安、竟陵之后，雅音渐亡，曼声并作，大樽力返于正，翦其榛芜荆棘，驱其狐狸貒貉，廓清之功，讵可借口七子流派，并攒讥及焉？”
康熙年间诗坛领袖王士禛（与朱彝尊并称“南朱北王”）更是对陈子龙的诗歌推崇备至，在《香祖笔记》中评价其诗：“沉雄瑰丽，近代作者未见其比，殆冠古之才。一时瑜亮，独有梅村（吴伟业）耳。”陈子龙在结合齐梁与三唐风格方面的努力深刻影响了同时代的大诗人吴伟业。吴伟业初学宋枚，以杜甫诗歌质朴一面为宗，后在陈子龙影响下，全面吸收齐梁与初唐四杰之诗风，结合白居易等人之叙事诗风格，融入传奇小说笔法，终成自具面目之“梅村体”，对清代诗歌造成深远影响。
清同治年间诗人朱彭年赋诗评价吴伟业：“妙年词赋黄门亚，复社云间孰继声？一自鼎湖龙去后，兴亡凄绝庾兰成”。此诗认为吴伟业诗继承了明末云间诗派陈子龙之风格。
自律陈子龙二十多岁时，一次，和吴伟业、彭宾、继善一起游秦淮，一连三日，纵酒高歌。到第四天，彭宾、继善二人又来约伟业等人，只见陈子龙正在刻烛做赋（古代人在蜡烛上刻上“刻度”来计时）。二人笑着对陈子龙说：“卧子得陇望蜀耶？何必自苦！”陈子龙慨然答道：“二位认为岁月可待、来日方长吗？我每读终军、贾谊二传，辄绕床夜走，抚髀太息。吾辈年方隆盛，不于此时有所记述，岂能待乔松之寿，垂金石之名哉！”彭宾、志衍、伟业等人听后惭愧不已，齐声道：“谨受卧子之教！”。
自信吴乔（1611—1695）在《围炉诗话》中记载：陈子龙高足张宸回忆：“卧子为绍兴推官时，巡按某问以明朝文人孰为大家。对曰：‘弇州各体俱备。’又问以后为谁，答曰：‘某甲’。”陈子龙认为过去的明朝文人中王世贞为大家，而现在则是自己，对自己诗文的信心和自负可见一斑。
情事对陈子龙与柳如是的关系，《柳如是别传》记载如下：“陈杨两人之关系，其同在苏州及松江者，最早约自崇祯五年壬申起，最迟至崇祯八年乙亥秋深止，约可分为三时期。第一期自崇祯五年至崇祯七年冬。此期卧子与河东君情感虽甚挚，似尚未达到成熟程度。第二期为崇祯八年春季并首夏一部分之时，此期两人实已同居。第三期自崇祯八年首夏河东君不与卧子同居后，仍寓松江之时，至是年秋深离去松江，移居盛泽止。盖陈杨两人在此时期内，虽不同居，关系依旧密切。凡卧子在崇祯八年首夏后，秋深前，所作诸篇，皆是与河东君同在松江往还训和之作。若在此年秋深以后所作，可别视为一时期。虽皆眷恋旧情，丝连藕断，但今不复计入此三期之内也。”
陈子龙与柳如是一度相恋之关系，清代虽已有人谈及，但经陈寅恪先生《柳如是别传》抉微更进而彰显。据《柳如是别传》考证，崇祯八年春夏之季，陈与柳曾短暂同居，两人感情相当深挚。然而终不得谐连理，一是由于陈妻张孺人不能相容，柳亦不愿为妾；二是由于陈当时经济状况不能满足柳之要求。如此分析，入情入理，但只道出了他们最终分手的外因。陈、柳情缘华而无实，究其内因有二：一是陈受日趋保守的士风影响，没有勇气违礼而动；二是陈对待女性的态度相当传统，与柳追求平等自由的观念相左。
而钱谦益在娶了柳之后，对她又爱又敬，更重要的是，他能给柳充分的自由。柳嫁为人妇后，还常身穿儒服，出闺接待宾客，钱谦益因此称赏她为“柳儒士”。换做陈，只怕不能容许自己的妻妾有如此行为。事实证明，柳确实是位值得敬重的女性。身为南明弘光朝廷礼部尚书的钱谦益，在清军南下时带头迎降，柳当时却欲跳水殉节。柳这样独立不屈的人格、刚烈节义的行为，不仅远胜于贪生怕死的钱谦益，而且不输于矢志报国的陈子龙。陈有一首《江城子·病起春尽》词：
一帘病枕五更钟。晓云空，卷残红。无情春色，去矣几时逢。添我千行清泪也，留不住，苦匆匆。
楚宫吴苑草茸茸。恋芳丛，绕游蜂。料得来年，相见画屏中。人自伤心花自笑，凭燕子，舞东风。
陈寅恪先生断定，此词为崇祯八年夏初柳离开之时，陈相思成病而作。实则此词是顺治四年陈与云间词人酬唱时所作。此时柳早归钱谦益，而陈子龙不久就因抗清被捕殉节，两人情事，早如“无情春色，去矣几时逢”了。只是从陈设色浓艳的诗歌中，尤其是吟咏私情密约的词作中，仍可感受到年轻时的感情经历对其创作的影响。且与柳分手之后，陈还曾为她的《戊寅草》作序，与钱谦益也仍有交往，不愧为谦谦君子。