Епископ Босилков е арестуван на 16 юли във вилата в Люлин планина край София, където е отседнал на почивка. Следват дни на абсолютно мълчание. Обвинението за участие в нелегална католическа организация  и шпионаж е предявено на задържаните заедно с него духовници на 20 септември, а на следващия ден то се появява на първите страници на вестниците.

Задържаните са подложени на сатаниински мъчения за изтръгване на показания, за да бъдат подписани скалъпените протоколи на следствието. Процесът се открива на 20 септември същата година в голямата аула на Съдебната палата. Един от очевидците пише: “Над всички се открояваше монсиньор Босилков, който с отговорите си предизвикваше смущение у съдиите”. По време на процеса обвиняемите отхвърлят обвиненията, но съдът не приема устните отговори и държи на подписите, изтръгнати при изтезанията, като по този начин потвърждава публично предварително решената в кабинетите на партийни величия присъда, произнесена в името на народа.

Присъдата е прочетена на 3 октомври: “По членове 70 и 83 от Наказателния кодекс монсиньор Босилков е осъден на смърт чрез разстрел и конфискация на имуществото му”. Същата присъда се отнася и за  свещениците успенци Камен Вичев, Павел Джиджов и Йосафат Шишков. Останалите подсъдими са пратени в затвора за различни срокове.

Смъртната присъда на Босилков е изпълнена на 11 ноември 1952 в 22,30 ч. в двора на Централния софийски затвор. Тялото е отнесено в софийското гробище „Белите кръстове”.

Последните му думи, предадени на племенницата му, сестра Габриела Босилкова и на сестра  Цецилия Василева, присъствали на процеса, са следните: “Не се безпокойте за мен, вече съм облечен с Божията Благодат и оставам верен на Христос, Папата и Църквата”.

Официалното съобщение за смъртта е държано в тайна от режима. На 27 юни 1975 година зловещото престъпление е разкрито от председателя на Държавния съвет Тодор Живков при посещението му при Папа Павел VI във Ватикана.