Jane và chồng, Guildford Dudley, bị cáo buộc phản quốc, cùng các anh em nhà Dudley và Tổng Giám mục Canterbury, Thomas Cranmer. Ngày 13 tháng 11 năm 1553, một ủy ban đặc biệt tổ chức cuộc xét xử tại Guidhall trong Luân Đôn. Lãnh đạo Ủy ban là Thomas Whit, Thị trưởng Luân Đôn, và Thomas Howard, Công tước Norfolk. Các thành viên khác gồm Edward Stanley, Bá tước Derby và John Bourchier, Bá tước Bath. Như được mong đợi, tất cả bị cáo đều bị kết tội và bị án tử hình. Jane có tội vì đã ký một số văn kiện trong tư cách "Nữ vương Jane",[17] bà sẽ bị "thiêu sống trên Tower Hill hoặc bị chém đầu do Nữ vương quyết định" (theo thông lệ của người Anh khi phụ nữ bị kết tội phản quốc)[18]. Tuy nhiên, theo tường trình của đại sứ Đế quốc La Mã thánh gởi Hoàng đế Charles V, Jane sẽ không bị án tử hình[19].

Thế nhưng, cuộc nổi loạn của những người Kháng Cách dưới sự lãnh đạo của Thomas Wyatt trong tháng 1 năm 1554 đã ấn định số phận của Jane, dù bà không liên can gì. Bạo loạn bùng nổ chống lại kế hoạch của Nữ vương Mary kết hôn với Philip II của Tây Ban Nha - con trai của Hoàng đế Charles V của Thánh chế La Mã. Thân phụ của Jane, Công tước Suffolk, và hai anh em trai của bà gia nhập cuộc nổi dậy. Cuộc hành hình dự định diễn ra ngày 9 tháng 2 năm 1554, nhưng hoãn lại 3 ngày để Jane có cơ hội cải đạo sang Công giáo. Nữ vương Mary đã cử tuyên úy của bà, John Feckenham, đến gặp Jane dù ông không muốn[20]. Tuy không chịu nhượng bộ trước những nỗ lực của Feckenham để "cứu linh hồn người", Jane đồng ý kết bạn với ông và để ông hộ tống cô đến đoạn đầu đài[21].

Sáng ngày 12 tháng 2 năm ấy, người ta giải Guildford từ Tháp Luân Đôn đến Tower Hill để bị chém đầu trước công chúng. Một chiếc xe ngựa mang thi thể Guildford trở lại Tháp Luân Đôn, ngang qua căn phòng của Jane. Nhìn thấy xác chồng, Jane được thuật lại kêu than: "Ôi, Guildford, Guildford"[22]. Rồi bà bị dẫn đến Tower Green bên trong Tháp Luân Đôn, và bị chém đầu trong chỗ kín đáo vì cớ danh phận người trong vương thất của bà.

Trước khi bị hành hình, Jane đọc Thánh Thi 51[23] ("Lạy Chúa, xin thương xót con!") bằng tiếng Anh, đưa găng và khăn tay cho người hầu. Đao phủ đến gần xin cô thứ lỗi, cô đồng ý, và tiếp, "Ta xin ngươi hãy chém đầu ta thật nhanh". Bà tự bịt mắt mình, đưa tay dò dẫm tìm thớt chém nhưng không tìm được, bà bật khóc, "Tôi phải làm gì đây? Nó đâu rồi?". Lúc đó, Sir Thomas Brydges, người phụ trách Tháp Luân Đôn, giúp Jane tìm chỗ. Đầu đặt trên thớt chém, Jane nhẩm đọc những lời cuối cùng của Chúa Giê-xu được chép trong Phúc âm Lu-ca khi Ngài bị đóng đinh trên cây thập tự: "Lạy Cha, con xin giao linh hồn lại trong tay Cha!"[24]. Rồi Jane bị chém đầu ngay sau đó.

Jane và Guildford được an táng tại Nguyện đường St Peter ad Vincula, phía bắc Tower Green. Thân phụ của Jane, Công tước Suffolk, bị xử tử một tuần sau đó, ngày 19 tháng 2 năm 1554. Tháng 3 năm 1555, mẹ của Jane, Bà Công tước Suffolk, kết hôn với quan Giám mã Adrian Stokes. Bà được Mary ân xá và cho phép sống trong cung với hai cô con gái, và qua đời năm 1559.