Ngày 26 tháng 10 năm 2005, Lê Thanh Vân bị xử bắn tại pháp trường nghĩa trang thị xã Thủ Dầu Một. Theo lời kể của Nguyễn Dũng, một trong những thành viên Hội đồng thi hành án tỉnh Bình Dương, khi Vân bị dẫn giải ra khỏi phòng giam để đưa đi thi hành án, cô đã chửi bới và chống trả rồi sau đó bật khóc khi nghe quyết định bác đơn ân xá của Chủ tịch nước. Vân cũng được chuẩn bị bữa ăn cuối cùng nhưng cô không ăn. Trước khi chết, Vân có nguyện vọng được bỏ khăn bịt mắt để "nhìn người thân và quang cảnh bên ngoài một lần cuối".[6]