十六日，吳勝兆未舉兵而事洩被捕，入獄窮治。清軍污蔑陳子龍與吳「共謀」，遣兵捕之。陳子龍逃往蘇州，易姓李，改字大樽。當時清軍江寧將軍巴山、都御史陳錦和江寧巡撫土國寶陰謀乘吳勝兆事，「盡除三吳知名之士」，而以陳子龍為首。五月初，他們派出士兵五百，在蘇松一帶大肆搜捕達五六日之久，最後陳子龍在吳縣被捕。巴山等人對他進行審訊，他「植立不屈，神色不變」。陳錦問他為何官？曰：「我崇禎朝兵科給事中也。」又問：「何不剃髮？」曰：「吾唯留此發，以見先帝於地下也。」又問，陳子龍凜然挺立，拒不回答。乃執之舟中，令卒守之。五月十三日，陳子龍被押往南京，在途中經松江境內跨塘橋時，他乘守者不備，突然投水以死，撈起時已經氣絕，清軍還殘暴地將其凌遲斬首，棄屍水中。時年四十歲。次日，陳子龍門生王沄、轎夫吳酉等在毛竹港找到他的遺體，具棺埋葬。
魂歸陳子龍墓位於松江區余山鎮廣富林村。1988年修竣陳子龍墓，墓地為花崗石平台，墓碑為清乾隆五十一年（1786）之原物。墓前有石柱方亭，名沅江亭。有陳子龍畫像碑，刻有傳略。墓門額為李一氓書。
評譽陳子龍詩歌雖受「前後七子」影響，但是能夠擺脫「詩必盛唐」之窠臼，兼學齊梁麗藻、初唐四傑音韻和盛唐格調，對晚唐詩歌之穠麗特徵也有一定吸收，這些要素配合其過人才氣，使其詩歌與「前後七子」大不相同，因此乾隆年間著名詩人和詩歌評論家趙翼全面否決「前後七子」卻對陳子龍詩歌予以相當高的評價，認為陳子龍的詩論「意理粗疏處，尚未免英雄欺人」，卻不得不承認他「沉雄瑰麗，實未易才」。
清代康熙年間著名詩人、詞人朱彝尊在編選《明詩綜》，高度評價陳子龍在恢復詩歌大雅傳統的功績：「王李教衰，公安之派浸廣，竟陵之焰頓興，一時好異者，譸張為幻。關中文太清倡堅偽離奇之言，致刪改《三百篇》之章句；山陰王季重寄謔浪笑傲之體，不免綠衣蒼鶻之儀容。如帝釋既遠，修羅藥叉，交起搏戰，日輪就暝，鵩子鶚母，四野群飛。臥子張以太陰之弓，射以枉矢，腰鼓百面，破盡蒼蠅蟋蟀之聲，其功不可沒也。」
對於陳子龍在詩歌方面正本清源的作用，錢瞻百也有類似評價：「大樽（陳子龍）當詩學榛蕪之餘，力辟正始，一時宗尚，遂使群才蔚起，與弘、正比隆，摧廓振興之功，斯為極矣。」
繆天自持類似觀點：「剝極而反，否極而復，先征於聲音之道，臥子當楚人眾咻之餘，力追正始，允矣人豪。」
龔蘅圃則針對那些將陳子龍與前後七子一併批評者提出見解：「若詩當公安、竟陵之後，雅音漸亡，曼聲並作，大樽力返於正，翦其榛蕪荊棘，驅其狐狸貒貉，廓清之功，詎可借口七子流派，並攢譏及焉？」
康熙年間詩壇領袖王士禛（與朱彝尊並稱「南朱北王」）更是對陳子龍的詩歌推崇備至，在《香祖筆記》中評價其詩：「沉雄瑰麗，近代作者未見其比，殆冠古之才。一時瑜亮，獨有梅村（吳偉業）耳。」陳子龍在結合齊梁與三唐風格方面的努力深刻影響了同時代的大詩人吳偉業。吳偉業初學宋枚，以杜甫詩歌質樸一面為宗，後在陳子龍影響下，全面吸收齊梁與初唐四傑之詩風，結合白居易等人之敘事詩風格，融入傳奇小說筆法，終成自具面目之「梅村體」，對清代詩歌造成深遠影響。
清同治年間詩人朱彭年賦詩評價吳偉業：「妙年詞賦黃門亞，復社雲間孰繼聲？一自鼎湖龍去後，興亡淒絕庾蘭成」。此詩認為吳偉業詩繼承了明末雲間詩派陳子龍之風格。
自律陳子龍二十多歲時，一次，和吳偉業、彭賓、繼善一起游秦淮，一連三日，縱酒高歌。到第四天，彭賓、繼善二人又來約偉業等人，只見陳子龍正在刻燭做賦（古代人在蠟燭上刻上「刻度」來計時）。二人笑著對陳子龍說：「臥子得隴望蜀耶？何必自苦！」陳子龍慨然答道：「二位認為歲月可待、來日方長嗎？我每讀終軍、賈誼二傳，輒繞床夜走，撫髀太息。吾輩年方隆盛，不於此時有所記述，豈能待喬松之壽，垂金石之名哉！」彭賓、志衍、偉業等人聽後慚愧不已，齊聲道：「謹受臥子之教！」。
自信吳喬（1611—1695）在《圍爐詩話》中記載：陳子龍高足張宸回憶：「臥子為紹興推官時，巡按某問以明朝文人孰為大家。對曰：『弇州各體俱備。』又問以後為誰，答曰：『某甲』。」陳子龍認為過去的明朝文人中王世貞為大家，而現在則是自己，對自己詩文的信心和自負可見一斑。
情事對陳子龍與柳如是的關係，《柳如是別傳》記載如下：「陳楊兩人之關係，其同在蘇州及松江者，最早約自崇禎五年壬申起，最遲至崇禎八年乙亥秋深止，約可分為三時期。第一期自崇禎五年至崇禎七年冬。此期臥子與河東君情感雖甚摯，似尚未達到成熟程度。第二期為崇禎八年春季並首夏一部分之時，此期兩人實已同居。第三期自崇禎八年首夏河東君不與臥子同居後，仍寓松江之時，至是年秋深離去松江，移居盛澤止。蓋陳楊兩人在此時期內，雖不同居，關係依舊密切。凡臥子在崇禎八年首夏後，秋深前，所作諸篇，皆是與河東君同在松江往還訓和之作。若在此年秋深以後所作，可別視為一時期。雖皆眷戀舊情，絲連藕斷，但今不復計入此三期之內也。」
陳子龍與柳如是一度相戀之關係，清代雖已有人談及，但經陳寅恪先生《柳如是別傳》抉微更進而彰顯。據《柳如是別傳》考證，崇禎八年春夏之季，陳與柳曾短暫同居，兩人感情相當深摯。然而終不得諧連理，一是由於陳妻張孺人不能相容，柳亦不願為妾；二是由於陳當時經濟狀況不能滿足柳之要求。如此分析，入情入理，但只道出了他們最終分手的外因。陳、柳情緣華而無實，究其內因有二：一是陳受日趨保守的士風影響，沒有勇氣違禮而動；二是陳對待女性的態度相當傳統，與柳追求平等自由的觀念相左。
而錢謙益在娶了柳之後，對她又愛又敬，更重要的是，他能給柳充分的自由。柳嫁為人婦後，還常身穿儒服，出閨接待賓客，錢謙益因此稱賞她為「柳儒士」。換做陳，只怕不能容許自己的妻妾有如此行為。事實證明，柳確實是位值得敬重的女性。身為南明弘光朝廷禮部尚書的錢謙益，在清軍南下時帶頭迎降，柳當時卻欲跳水殉節。柳這樣獨立不屈的人格、剛烈節義的行為，不僅遠勝於貪生怕死的錢謙益，而且不輸於矢志報國的陳子龍。陳有一首《江城子·病起春盡》詞：
一簾病枕五更鐘。曉雲空，卷殘紅。無情春色，去矣幾時逢。添我千行清淚也，留不住，苦匆匆。
楚宮吳苑草茸茸。戀芳叢，繞遊蜂。料得來年，相見畫屏中。人自傷心花自笑，憑燕子，舞東風。
陳寅恪先生斷定，此詞為崇禎八年夏初柳離開之時，陳相思成病而作。實則此詞是順治四年陳與雲間詞人酬唱時所作。此時柳早歸錢謙益，而陳子龍不久就因抗清被捕殉節，兩人情事，早如「無情春色，去矣幾時逢」了。只是從陳設色濃艷的詩歌中，尤其是吟詠私情密約的詞作中，仍可感受到年輕時的感情經歷對其創作的影響。且與柳分手之後，陳還曾為她的《戊寅草》作序，與錢謙益也仍有交往，不愧為謙謙君子。