关玉衡接到报告后立即派副团长董平舆团长前往军营。
董平舆能够熟练使用日语，于是开始对这些人用日语进行审问。
中村震太郎说：“我是日本农业学会派来的日本农业专家，是考察东北地区土质和农业发展状况的。这是我的名片。”
董平舆接过部下转过来的一本日本护照，见上面印着“日本日本农业学会会员”和“中村震太郎”等字样，心想：果然是一位日本人，是不是真正的日本农业专家尚待审问，问道：“你具体考察的农作物品种是什么？这里的土壤成分是什么？”
中村震太郎保持沉默，一直答不上来。
董平舆命令士兵们对日人的行李彻底地搜查。在一个看似普通的皮箱夹层里，士兵们发现地图和笔记本非同寻常：地图是一份标注着东北军各个驻地位置的军用地图；笔记本里记录着许多军事设施的照片和详细数据。更令人吃惊的是，四人携带的＂农业考察＂器材也非农业考察所用，而是用于军事测绘的专业设备，其中还有一台可以精确测量地形坡度和距离，瑞士产的经纬仪；还一个能够准确定位军事目标方位的微型罗盘。董平舆方知中村震太郎用地图对照现地，做了一些纠正改绘，凡他们所经过的东北兴安岭、索伦山等地区，关于村落、居民、土质、水井、雨量、气候以及可容驻的兵力等都一一记载。
“继续搜！”董平舆更加细心起来。
随着士兵们搜查的深入，中村震太郎等四人的真实身份越来表现出来，在四人行装里被搜出调查笔记、军用地图、寒暑表、指北针、测土仪器，在摄影器材的木箱夹层里，士兵们搜出了三支手枪和一些子弹。尤其在中村震太郎贴身衣物中，士兵们发现了一张用特殊墨水书写的密码本，传给了董平舆（董昆吾）。
董平舆（董昆吾）见上面记录着与关东军联络的暗号，判断中村震太郎、井杉延太郎等四人均是日本的军事间谍，于是喊：“证据确凿，还有什么可说的？”
在铁证如山的物证、人证面前，中村震太郎等人仍然拒不承认日本间谍身份，只是说：“这些军用物品，是我们在路上偶然拾到的。”
中村震太郎说：“我们是日本陆军士官学校的同学。你还不了解我吗？”
中村震太郎说的不错，于1927年4月入日本陆军士官学校第二十期步兵科学习，和中村震太郎也算是校友。1929年7月毕业，董平舆（董昆吾）回国后投效东北张作霖奉军部队，曾任东北陆军讲武堂教官和东北陆军训练处教练官。1931年跟随关玉衡团长任东北兴安屯垦军第三团少校副团长。
中村震太郎威胁说：“如果你们不放人，日本领事馆一定会出面的。倒是你们的关玉衡团长、张学良少帅都要向我道歉，向大日本道歉！”
董平舆冷笑道：“那就向我们的团长。”说着，董平舆立即派人向团长关玉衡汇报，等待进一步的处理意见。
第二天，关玉衡团长巡防回来，董平舆向他报告了将扣留中村震太郎、井杉延太郎等四人的经过，“证据确凿吗？”关玉衡问道。
董平舆把证据一一述说。
“立刻召开团级会议。”关玉衡让董平舆吩咐下去。
军官们到齐，讨论了一会儿，关玉衡说：“四位间谍罪证据确凿，按国际惯例，大家一致同意将中村震太郎、井杉延太郎等四人处死。”
部分军官认为公开处刑会遭到日本人的麻烦，最后关玉衡下命令将以中村震太郎为首的四名间谍在一个僻静的角落枪决。事后将重要的间谍罪证材料，呈送张学良。
张学良接到关玉衡、董平舆关于中村震太郎等四名间谍盗取东北情报一案呈报给张学良。张学良回电令：“妥善灭迹，做好保密。”
张学良如坐针毡，想起日本如何追究，借机报复，张学良想起父亲遭遇皇姑屯事故，非常了解田中义一、土肥原贤二、板垣征四郎、河本大作等日本军国主义者的阴险、凶残，关玉衡、董平舆以及家人的生命堪忧。如果这个时候，让关玉衡、董平舆离开东北躲难，“畏罪逃亡”，岂不是落他们的口实？
关于这件事，张学良向他的兄弟冯庸和王至诚聊过此事，征求他俩的意见。
王至诚在电话中回话：“汉卿兄，当你接到关玉衡处决中村震太郎和间谍证据后，能为为关玉衡撑腰，其精神可佳。日本当局立即借题发挥，一方面向中国抗议，另一方面煽动反华战争的狂热推向高峰。前关东军司令官白川义则在军事参议官会议上提出‘应利用中村事件这个机会诉诸武力，一举解决各项悬案，确保我之各项权益’，并强调关东军司令官应‘调动兵力’。关东军作战主任参谋石原莞尔支持，并提出：‘中村事件是向附属地以外的地方出兵之天赐良机，甚至可以成为在柳条湖行使武力的前提。’日军侵占东北野心彰显，当汉卿兄获悉理应积极备战，然而忧心忡忡，一再松懈。”
当时，张学良电告东北政务委员会说：“此时如与日本开战，我方必败。败则日方将对我要求割地偿款，东北将万劫不复，亟宜力避冲突，以公理为周旋”。
王至诚回到座位上，写道：“汉卿兄，我知道您是怜惜大帅用心血乃至生命打下的东北，吝惜这里的土地，更怜惜与你出生入死的东北军，他们是你的兄弟。我一直以为您是这么想，才这么做。”
日本人发现中村震太郎失踪后，一直纠缠着东北军，天天去找东北军参谋长荣臻讨个说法，也就是将关玉衡枪决，但关玉衡证据充分，张学良也为他撑腰。
关于“中村事件”，国际联盟派出李顿调查团来到了东北，日本特务机关长土肥原贤二亲自来到佘公府调查。1931 年8月l7日，日本陆军总部发表了所谓《关于中村大尉一行遇难声明》，这个声明只公布了中村震太郎等四名间谍被中国军队关玉衡处决的情况，但掩盖了中村震太郎等人的间谍罪行。
王至诚电话中和张学良聊天，“‘兵来将挡，水来土掩’，日本人犯我中华在先，他们一群军国主义者，什么可怕的？”
“我汉卿不是惧怕日本人。”张学良说，“我是担心田中义一、土肥原贤二以此扩大事态，以‘中村事件’为借口，狂热地煽动侵华战争，日本一些侵华文人喜欢将‘中村事件’编成戏剧、电影，大肆宣传制造反华舆论，会爆发更大的事变。”
张学良的担心不是多余，“中村事件”发生后的第42天，东北爆发了震惊世界的“九一八”事变，日本政府继而发动了全面侵华战争。可见“中村事件”是日本军国主义为即将爆发的“九一八”事变做准备。
张学良不是惧怕日本人，而是为了避嫌，少一些麻烦，张学良派人把关玉衡悄悄地送到东北军炮兵总监冯秉权家中……