Deniz Gezmis Yusuf Aslan ve Hüseyin İnan ile birlikte 6 Mayıs 1972 tarihinde, gece 1:00-3:00 arası, Ankara Merkez Kapalı Cezaevi'nde asılarak idam edildi. 
Deniz Yusuf Hüseyin'ni Saygi ile Aniyorum Allahdan Rahmet Diliyorum Mekanlari Cennet olsun Kabirleri Nur olsun onlara kiyanlar Nari Cehnem Azabinda Yansin.............................

Deniz Gezmis 12 Mart Darbesinin ilk günlerinden sonra Yusuf Aslan ile birlikte Sivas'a gitmekteyken motosikletleri bozuldu. Bir ihbar sonucu polislerin gelmesi üzerine çıkan çatışmada Aslan ile birbirlerini kaybettiler. Aslan o esnada Elmalı'da iken, Gezmiş ise 16 Mart 1971 salı günü Sivas'ın Gemerek ilçesinde etrafı sarılarak yakalandı ve Kayseri'ye getirildi.[kaynak belirtilmeli] Buradan Ankara'ya zamanın İçişleri Bakanı Haldun Menteşeoğlu'nun makamına götürüldü.
Mahkemesi 16 Temmuz 1971 günü Altındağ Veteriner Okulu binası'nda Tuğgeneral Ali Elverdi başkanlığında Baki Tuğ savcılığında Ankara Sıkıyönetim Komutanlığı 1 no'lu Mahkemesi'nde başladı ve 9 Ekim 1971 günü bitti. Deniz ve arkadaşları 16 Temmuz 1971'de başlayan THKO-1 Davası'nda TCK'nin 146.maddesini ihlal ettiği gerekçesiyle, 9 Ekim 1971'de 146/1 maddesi uyarınca idam cezasına çarptırıldı. Mahkeme kararı;

“ Deniz Gezmiş, Yusuf Aslan, Mahkememiz Türkiye Cumhuriyeti Anayasası'nın tamamını; bir kısmını tağyir, tebdil veya ilgaya cebren teşebbüs suçunu işlediğinizi sabit gördü. Türk Ceza Kununun 146/1 maddesi uyarınca ölüm cezası ile tecziyenize karar verdi. 
”
İdam cezaları o zamanlar senato tarafından onaylanmak zorundaydı. İsmet İnönü "siyasi suçlar idamla cezalandırılmamalıdır" diyerek Bülent Ecevit ile birlikte red oyu kullanır. AP genel başkanı Süleyman Demirel ise infazdan yana oy kullanır.

Ankara Karşıyaka mezarlığında bulunan mezarı
Olaydan 15 yıl sonra, Süleyman Demirel bir gazeteciye verdiği demeçte idamlar için: " soğuk savaşın talihsiz olaylarından biri " yorumu yapar. Mahkumların özür dilemesi istenir. Hiçbiri yaptıklarından özür dilemez. Cumhurbaşkanı Cevdet Sunay ise idamları onaylar.

İdam edilmeden önce Alman Der Spiegel dergisinde çıkan son yazısında "Yaşasın tam bağımsız Türkiye! yaşasın marksizm-leninizm. yaşasın Türk ve Kürt halklarının kardeşliği! yaşasın işçiler, köylüler! kahrolsun emperyalizm!" dediği belirtildi. 

İdama tanık olan avukatı Halit Çelenk'e göre ise son sözleri "Yaşasın tam bağımsız Türkiye. Yaşasın Marksizm-Leninizm'in yüce ideolojisi. Yaşasın Türk ve Kürt halklarının bağımsızlık mücadelesi. Kahrolsun emperyalizm. Yaşasın işçiler, köylüler" olmuştur.

Yusuf Aslan ve Hüseyin İnan ile birlikte 6 Mayıs 1972 tarihinde, gece 1:00-3:00 arası, Ankara Merkez Kapalı Cezaevi'nde asılarak idam edildi. Deniz Gezmiş ve arkadaşlarının 1969'da öldürülen Taylan Özgür'ün yanına gömülme isteği, yerine getirilmez ve apar topar gömülür.[5] İdamından sonra bayraklaşarak devrim mücadelesinin çok önemli bir sembolü oldu; bir çok sol örgüt başka konularda fikir ayrılıkları olmasına rağmen mutabık kaldıkları nadir konulardan birisi Deniz Gezmiş'in devrim önderliğidir.
""Ben şahsi hiçbir çıkar gözetmeden halkımın mutluluğu ve bağımsızlığı için savaştım! 
Bu bayrağı bu ana kadar şerefle taşıdım! 
Bundan sonra bu bayrağı Türk halkına emanet ediyorum! 
Yaşasın işçiler, köylüler ve yaşasın devrimciler. Kahrolsun faşizm HÜSEYİN İNAN"" 

Aski ile