Sau cuộc cuộc chỉnh lý ngày 30 tháng 5 năm 1964 của tướng Nguyễn Khánh, Nguyễn Văn Nhung bị bắt. Ngày 17 tháng 2 năm 1965, sĩ quan Báo chí Bộ quốc phòng của tướng Nguyễn Khánh chính thức tuyên bố: "Thiếu tá Nguyễn Văn Nhung, sĩ quan tổng quát và tùy viên của Trung tướng Dương Văn Minh bị bắt giữ hồi đêm 30 tháng 1 và giam tại Lữ đoàn nhảy dù trại Hoàng Hoa Thám đã tự vẫn bằng dây giày".[3]

Tuy nhiên có dư luận cho rằng tướng Nguyễn Chánh Thi đã tham gia vào việc đánh đập tra tấn Nguyễn Văn Nhung cho đến chết. Bà Huỳnh Thị Nhi vợ Nguyễn Văn Nhung cho biết khi khâm liệm ông Nhung bà thấy trên mặt trên đầu trên thân thể ông có hàng chục vết bầm tím, có vết còn in nguyên dấu đế giày bốt-đờ-sô. Có lẽ Nguyễn Văn Nhung bị trả thù bằng những đòn đấm đá của nhiều người. Theo báo Dân Ý xuất bản ở Sài Gòn, từ số 140 ngày 1 tháng 10 năm 1970 đến số 160 thì Thiếu tá Nhung đã "bị đá bể lá lách sau khi ông đã khai tất cả những bí mật trong vụ thanh toán anh em Tổng thống Diệm. Lời khai của ông được thu băng và trao cho tướng Khánh".[4].