1945年8月15日，日本宣布无条件投降，第二次世界大战结束。
9月11日，盟军司令麦克阿瑟下达了逮捕战争罪犯的命令。19日，盟军司令部又命令日本政府，将以荒木贞夫为首的11名战犯嫌疑人逮捕并关进巢鸭监狱，其中有曾任天皇侍卫和关东军司令的本庄繁大将。本庄繁得知消息后立即自杀身亡。杉山和本庄繁以外，还有田中静壹、柴五郎、吉木贞一3名陆军大将自杀身亡。
所有重要的战犯都收容在东京巢鸭监狱，这里还关押着大量的被俘官兵。在巢鸭监狱，重要战犯每人独居一室，房间长85英尺，宽5英尺，高10英尺，配备有桌子、卫生间，地上铺着稻草垫。其他战犯2至6人同居一室。
土肥原住进巢鸭监狱之后，就享受了重要战犯的待遇。对于战犯来说，这并不是什么好事。这往往意味着他犯下了比别的战犯更严重的罪行，要为之付出更大的代价。
室内卫生由战犯自己打扫，看上去倒也干净整洁。牢房的灯昼夜不熄，美国宪兵在走廊里不断走动，见有人躺下，就走过来用棍棒敲门或用脚踢，还打开外面的铁丝门，以防不测。
按照《波茨坦公告》的原则，苏美英三国外长于1945年12月在莫斯科通过了《莫斯科会议协议》，规定盟国驻日最高统帅部应采取一切必要措施，确保协议中有关日本投降及占领和管制日本的各项内容得以顺利实现。
经过中国、苏联、美国、英国、法国、澳大利亚、加拿大。新西兰、荷兰等9国的反复磋商，达成协议，决定将日本首要战犯交由上述9国代表组成的国际军事法庭进行审判。此后印度和菲律宾代表也参加了这个协议，远东国际军事法庭遂由这11个国家的代表组成。
根据莫斯科外长会议协议，盟国驻日最高统帅麦克阿瑟于1946年2月19日发布特别通告，宣布在东京设置远东国际军事法庭，并于同日批准了《远东国际军事法庭宪章》。
宪章规定，法庭有权审理三种犯罪：（甲）破坏和平罪；（乙）违反战争法规及惯例罪；（丙）违反人道罪。国际军事法庭以审理甲级战犯为主，乙、丙级战犯交由受害国自行组建法庭审理。
在远东国际军事法庭的整个审理过程中，土肥原的声音只响起过一次，他为自己辩护了几句。从此以后，他便缄口不语。在长达两年半的审讯中，除了这唯一的一次说了几句话以外，土肥原一语未发。
当一个人犯下许多卑鄙的罪行，而其中的任何一条罪行都足以判处死刑时，承认自己的罪行还有什么意义呢？想减轻惩罚吗？谁都知道，这时候承认罪行已经丝毫不能减轻惩罚了。良心道义的谴责能够迫使他们说出自己的罪行吗？这些人的天良早已丧尽。
完全否认一切，这在法庭上看起来显得多么滑稽可笑和荒谬绝伦，可是，土肥原却不这么看。他还在抓最后一根稻草，期待一种可能的出现，这就是盟国公诉方并没有掌握致他于死地的证据和证人。
虽然不一定能够成功，但总比试都不试一下要强得多。
因此，他决定沉默，绝对沉默。以沉默对抗审判，以沉默等待万分之一的机会的来临。
令土肥原不安的是，中国公诉人开始提出一项对他的新的指控。这就是：土肥原在日本侵略者中率先提出，使用麻醉品作为侵略武器征服被占领国人民，而不是流血的征服。
这是土肥原的主张，但他没有想到公诉人会这么快就掌握证据，并且把他作为始作俑者。
在土肥原看来，这种独特的侵略“武器”的大量使用，使得日本在被占领国展开了另一场战争。这场不流血的战争发生在鸦片和海洛因烟馆，没有呻吟，没有痛苦，也没有血腥，一切都在不知不觉中进行。它不以可怕的创伤使对方恐惧和愤怒。他们悄悄地、渐渐地死去，不是在战场上，而是在自己家中，在鸦片烟馆中。他们的生命虽然还存活着，但早已如行尸走肉，完全没有了抵抗力。在这种可怕的战争中，既没有遭破坏的城镇，也没有被烧毁的村庄。最重要的是，侵略者一方面瓦解了对手的意志，另一方面还获得了巨额收入。
审判进入了第二个阶段。
战犯土肥原贤二公诉人宣称：“当不再需要利用他有关中国的特殊知识以及搞阴谋的才干时，土肥原就开始担任作战部队的将军了，以实现他参加阴谋活动时所力求达到的那些目的。”
只是到了这时候，土肥原才真正紧张起来。为什么他当帝国间谍时所从事的阴谋、挑衅、有时甚至是谋杀等幕后活动都没有使他如此紧张，而他作为一个战场指挥官的活动却让他如此不安呢？
答案很简单，土肥原活动的第一阶段仅仅是为日本军国主义犯国际性滔天罪行作准备，而第二阶段则是日本军国主义分子把德国发动的欧洲战争变成世界大战的时期，这时土肥原已实际执行阴谋分子的计划。而且在破坏和平的阴谋实施阶段，土肥原已根本不是次要角色，而是帝国军事参议院的成员，更是集团军和方面军的司令官。
土肥原因为参加准备、发动和进行侵略战争，因为破坏战争的法规和惯例，被国际军事法庭判处绞刑。
在远东国际军事法庭宣判的25名战犯中，土肥原和坂垣是被判定犯罪条款最多的两人，他们都犯有“破坏和平罪”。判决书中说：
“满洲事变前，土肥原在中国滞留达18年之久，在日本陆军部内被视为中国问题专家。土肥原对于日本在满洲进行的对华侵略战争，由开始到后来日本控制下的满洲国的建立，一直有着密切的关系。
“在中国其他地区，土肥原也以政治谋略、武力威胁、军事干涉等手段，在推动日本侵略步伐上起到了举足轻重的作用。
“为了把东亚及东南亚置于日本控制之下，在军部的其他领导者为此制定方案、进行准备及具体实施之时，土肥原与这些人关系密切，积极为他们献计献策，与他们共同行动。
“当不再需要他对中国的特殊知识以及他在华行使阴谋的能力时，土肥原被任命为野战指挥官，直接到中国现地从事直接的侵略战争，为实现他自己参加制定的侵略计划而直接工作。该人不但参与了对中国的战争，而且参与了对苏维埃社会主义联盟以及1941年至1945年间日本对法兰西共和国以外的所有国家的侵略战争。
“在1938年和1939年对苏联进行的战争中，土肥原当时是配属参谋本部的中将，该参谋本部为指挥哈桑湖战役的最高权力机关。在诺门坎战斗中，土肥原指挥的陆军部队参加了战斗。
“土肥原自1944年4月至1945年4月间，曾任第7方面军指挥官，他的指挥权限包括马来西亚、苏门答腊、爪哇、婆罗洲等地。对于被告在其指挥区内保护战俘，使之免于遭受杀害、拷打等事项，被告方面提供的举证，多有矛盾之处。被告至少在对战俘食物及医疗药品的供应方面不能推卸责任。在这方面，有确凿的证据表明，战俘曾深受虐待。由于不给予充分食物，以致战俘们食不果腹，营养不良，而导致疾病丛生，战俘死亡率达到惊人的程度。
“这种状况只是发生在战俘方面，而作为战犯的日军却根本没有这种情况发生。因此，辩护方面提出的‘该地区日军战局恶化，交通断绝，故而对战俘不能维持更好的供应’的说法不能成立。相反有证据表明，此项原本就有的供应是因土肥原决定的方针而被中断的。基于上述确凿的事实，土肥原所犯罪行，不应按第55条，而应当按第54条加以审理。根据该条规定，判决有罪。”
土肥原1928年张作霖死的时候，他还只是一个普通的陆军大佐，仅仅13年后，他的胸前就挂上了许多金光闪闪的勋章，其中有在日本帝国最受尊敬的Ⅰ-Ⅳ级“瑞宝”勋章各一枚、“猛虎”、“旭日双辉”勋章，肩上也戴上了大将的带穗肩章。
1948年12月22日24时整，在东京的巢鸭监狱里开始执行绞刑。30分钟后，行刑结束。7名被判处绞刑的日本战犯东条、广田、土肥原、本村、松井、武藤、坂垣，在同盟国对日委员会成员面前被绞死。执行判决的是美国中士约翰·伍德，在纽伦堡审判中被叛处死刑的主要德国战犯也是由他来执行判决的。
土肥原的一生可谓给日本帝国主义立下了“赫赫战功”，但多行不义必自毙，自然的法则不可亵渎，虽然在他看来，自己也许是“辉煌”一生，但不知他的头伸出绞刑架的一刹那，心中又作何感想？