Việc bị bức tử, theo Việt sử tân biên (Quyển 5, Tập thượng) thì:

"Vua Hiệp Hòa thấy ông Tường và ông Thuyết có lập trường chính trị trái ngược mình, liền viết một bức thư giao cho Hồng Sâm, vừa là Bí thư vừa là anh em thúc bá của mình, để mang qua tòa Khâm để nhờ tay Pháp hạ hai quan Phụ chính trên.[7]Việc lén lút này, bị Nội giám Đạt biết được, mách với ông Tường. Và ông Tường bắt được lá thư nằm trong chiếc hộp sơn, có đóng dấu của nhà vua.Ngay trưa hôm ấy (29 tháng 11 năm 1883), sau khi truyền đóng hết tất cả các cửa Hoàng thành lại, triều thần nhóm họp bất thường hạch tội vua Hiệp Hòa. Nhà vua bị buộc ba tội:-Thâm lạm công nhu.-Không chịu nghe lời khuyến cáo của các quan phụ chính.-Tư thông với đại diện của Pháp.Vua Hiệp Hòa không cãi được, triều đình buộc ông phải thoái vị...Sau khi ký tên và đóng dấu son vào tờ tuyên ngôn, vua Hiệp Hòa không được nói một lời nào nữa. Trong khi ông trở về Nội cung thì bản án tử hình ông đã được quyết định. Chừng một giờ sau, võ tướng Ông Ích Khiêm được cử ra thi hành bản án... Ông vua vừa bị phế do dự một lát rồi chọn chén độc dược. Vào khoảng 4 giờ, người ta khuyên ông về đến tư thất rồi trút hơi tàn vào khoảng mặt trời lặn. Sáng hôm sau, hoàng thân Hồng Sâm cũng bị xử chém chết, vì tội đồng lõa với Hiệp Hòa để bán nước. Ông Trần Tiễn Thành, bấy lâu không đồng chính kiến với ông Thuyết, và cũng vì không chịu ký tên vào tờ phế truất vua Hiệp Hòa, cũng bị ông Thuyết cho lính Thân nghĩa đến tận nhà đâm chết. Sợ quá, Tuy Lý vương dẫn vợ con chạy ra cửa Thuận An nương nhờ Picard Destelan, chỉ huy tàu Vipère, nhưng rồi cũng bị bắt đày vào Quảng Ngãi (1884).Cuộc khủng hoảng chính trị này đã làm cho phe thân Pháp, phe chủ hòa mất tinh thần. Làn không khí khủng bố bao trùm khắp kinh thành Thuận Hóa".[8]

Kể lại cái chết thảm của nhà vua, trong sách Đại Nam thực lục có đoạn:

"Lúc bấy giờ, vua sai thái giám là Trần Đạt đem tờ chiếu nhường ngôi, yêu cầu lui về chỗ phủ cũ. Hai người giả cách nhận lời, sai Tôn Thất Thạ đem võng đưa vua cùng phi tần nội cung cho về phủ cũ (ở địa phận xã Phú Xuân). Nhưng mật dặn riêng Ích Khiêm, Văn Đễ trực trước ở ngoài cửa Hiển Nhân, đón đường sai đưa vua đến nhà Hộ Thành, cho uống thuốc độc giết đi... Lúc bấy giờ những phi tần đã cho về trước để hộ vệ đưa vua. Khi đến đấy, Ích Khiêm, Văn Đễ cho thuốc độc vào nước chè dâng lên, vua không chịu uống. Văn Đễ ra lạy khóc khuyên rằng: Vua tôi đến lúc biến không thể làm thế nào được. Vua nói rằng: Ta lại không được bằng Thụy quốc công [Dục Đức] à ? Còn lần chần không uống. Ích Khiêm bèn đem nước chè ấy đổ vào miệng vua. Lập tức phát lên như người phải gió. Một lúc lâu Trần Xuân Soạn ra truyền nói rằng: Nếu để chậm quá sẽ phải tội nặng, lập tức lấy tay bóp họng vua lè lưỡi, lồi mắt ra, rồi vua mới chết. Đến lúc đưa vua về phủ, thấy chỗ cổ họng vua sưng như cái cung giương lên, ai cũng thấy làm lạ. Ích Khiêm, Văn Đễ vào bảo rằng: Lãng quốc công đến đấy đã uống thuốc độc chết rồi. Hai người bèn rước Hoàng tử thứ 3 [Kiến Phúc] vào ở điện Hoàng Phước, đợi sẽ chọn ngày tốt tôn lên làm vua"...[9]