凶手被緝拿歸案後，接下來要做的，便是審訊。
武士英在被捕當天便立即認罪，承認宋教仁是自己所殺。根據他的招供，他原是山西平陽人，曾在雲南任七十四標二營管帶。辛亥革命後，軍隊裁員，他丟了飯碗，於是來到上海謀生，結識了陳玉生，經陳玉生引薦加入了共進會。
三月二十日上午，陳玉生帶人來六野旅館找他，請他辦一個人，他考慮到自己生活境況困難，急需錢財，於是答應了，隨後應陳玉生之邀，前往小西門外應桂馨府上，看了宋教仁的照片，然後帶上手槍赴火車站行刺。
可是應桂馨接受審訊時，卻說他在二十日那天沒有見過武士英，而是在二十一日早晨，即“刺宋案”已經發生後，才第一次見到武士英。當時武士英搬離了六野旅館，在陳玉生的帶領下來他的家中暫住。
到了四月四日公審公堂的開庭預審上，武士英卻當庭翻供，聲稱：“此次刺殺宋教仁，乃我一人起意，並無第二個人。”當被問及刺殺宋教仁的原因時，武士英說“因宋係四萬萬同胞之罪人”，又說“他做農林總長尚做不好，現在竟想做總統，這還了得麽？所以我要刺他。”
此案凶手已經抓獲，人證物證俱在，然而先後經過公審公堂七次預審，案情卻始終模棱兩可，未能得出一個統一的事實，究其原因，在於公堂之上始終沒有讓武士英和應桂馨這兩個關鍵人物當庭對質。這樣一樁並不太複雜的刺殺案，隻須將已經抓捕歸案的武士英、應桂馨、陳玉生，以及參與或見證此案的吳乃文、馮玉山、張秀泉、王阿發等人拉到一起當庭對質，便可真相大白。然而公審方似乎有意避免，七次預審都沒有這麽做。
四月十二日，在公審公堂的第七次預審上，應桂馨的外籍律師主動提起引渡移交的話題。這次預審當庭判決：“預審明確，案係發生車站，應即商明領事團，移交中國內地法庭，歸案訊辦。”
十六日下午，武士英從法租界的大自鳴鍾捕房拘留所，押送至上海地方檢察廳，交給廳長陳英收押，應桂馨則從公共租界押送至駐守江蘇海運局的六十一團，由團長陳其蔚負責關押。
犯人引渡移交後，江蘇都督陳德全致電袁世凱及內務、司法兩部，提出應組織特別法庭來辦理此案。袁世凱當天回電，表示“望速籌辦”，同意了這一提議。
上海方麵立即組織了以黃郛為主裁，王寵惠、伍廷芳為承審官的特別法庭，報請北京政府批準。黃郛和王寵惠均為國民黨人，伍廷芳是前南京臨時政府司法總長，與孫文關係密切，所以這個所謂的特別法庭，實際上是國民黨單方麵的特別法庭。
宋教仁是國民黨黨首，哪怕是出於回避的考慮，此案也不能由國民黨單方麵進行審理，所以這樣的特別法庭，北京政府自然不予同意。司法部於十七日回電，否決了特別法庭的提議，命令由上海地方檢察廳全權審理此案。
然而十八日這天，上海地方檢察廳忽然接到程德全的命令，將武士英轉押至關押應桂馨的六十一團兵營。地方檢察廳甚為不滿，派人前去詢問程德全，得到的回複是：“為組織特別法庭，故不得不與上海固有司法機關脫離關係也。”此舉等於是先斬後奏。地方檢察廳沒有辦法，武士英就此被押往六十一團兵營進行關押。
二十一日，程德全再次致電袁世凱，強調組織特別法庭的必要性。袁世凱回電解釋說，司法總長許世英一再力爭，拒絕副署，所以他無法宣布該項命令。許世英也在另一份回電中提出折衷方案，此案仍由上海地方檢察廳負責，不過由伍廷芳暫署上海地方審判長進行審理。國民黨方麵卻不肯接受。
就在南北雙方互不相讓之時，此案的關鍵人物武士英卻在六十一團兵營裏離奇暴斃。
六十一團是由陳其美、黃郛等人組建的前滬軍第二師第五團整編而來，團長陳其蔚與陳其美私交甚厚，可以說，六十一團是處於陳其美的絕對控製之下。然而在看守如此嚴密的六十一團兵營裏，武士英卻在二十四日上午九點多鍾突然死亡，事後查悉，他是吞下了火柴頭而死。上海地方檢察廳原定於二十五日組織第一次預審，誰料到此案最為關鍵的人物武士英卻在預審的前一天暴斃而亡。
武士英在法租界捕房拘留所關押時沒有出問題，移交上海地方檢察廳關押時也沒有出問題，可交由六十一團兵營關押後卻突然死亡，而且不偏不巧，正好死在地方檢察廳第一次預審的前一天。雖然六十一團方麵給出的結論是武士英吞下火柴頭畏罪自殺，但上海不少輿論卻懷疑武士英是被人下毒，殺人滅口。
武士英一死，“刺宋案”就此變得撲朔迷離。