开始武藤章并不担心，因为他觉得自己只算得上中层官员，与东条英机他们比起来，只不过是“小人物”一个而已，检察团也不能把自己怎么样。因而在法庭上，武藤章十分的冷静，装出一副很无辜的样子。
作为中国公诉人的倪征燠在法庭上指出武藤章的第一桩罪行就是，在七七事变之后，积极策动日本发动全面侵华战争。武藤章狡辩说，自己当时不过是参谋本部作战课课长而已，自己的言行不可能导致日本发动全面侵华战争。
倪征燠面对武藤章的狡辩，首先向法庭提交了时任参谋本部第二课课长的河边虎四郎的回忆录以及陆军省军事课课长田中新一的日记。这二人都是日本军方将领，他们的回忆录和日记有很大的可信性。其中暴露了武藤章将七七事变视为侵华时机成熟而蠢蠢欲动的所作所为。
随后，倪征燠又向法庭出示了1937年7月8日，即七七事变后第二天，武藤章所拟的有关时局处理的方案，在方案中，武藤章极力主张“中国方面若对我军采取挑衅态度，则应向中国驻屯军增派必要之兵力”。接着，公诉人进一步向法庭指明，正是在武藤章及其处理方案的坚决要求下，日本最终向华北地区增派了三个半师团的兵力，推动了全面侵华战争的展开。关于这一点，从日本军部对武藤章的赞扬中可得到佐证。当时，日本军部称赞武藤章是“绥远事件等一系列对华强硬政策的执行者……他在执行能力方面较石原莞尔部长有过之而无不及”。
接着，中国公诉人又向法庭指控武藤章对日军开辟华中侵略战场负有重要责任。他指出，正是武藤章的建议和积极活动，才促使日本大本营向华中增兵，并向上海增兵。担任华中方面军副参谋长后，指挥军队攻陷南京，并放纵官兵在南京城内进行惨绝人寰的大屠杀。
这时的武藤章拼命为自己狡辩，宣称自己只是松井石根手下的一名普通军官，既不可能挑起南京大屠杀，也无力阻止这种暴行。公诉人反驳武藤章的辩解，指出武藤章作为华中派遣军副参谋长，根本不是所谓的“毫无权力”的下级军官。同时，曾目击南京大屠杀的中外记者等各届人士纷纷出庭作证，揭发武藤章参与的屠杀南京人民的罪行。紧接着，法庭还对武藤章积极推动日本对英、美开战，在东南亚参与屠杀平民以及残害战俘等罪行进行了指控。
无论武藤章以及他的辩护人如何抵赖，铁证如山的事实是不容辩驳的。远东国际军事法庭经过两年多的审判，终于在1948年11月12日正式宣判，对武藤章判处绞首刑。
12月21日，武藤章接到了两天后执行死刑的通知。彻底绝望的武藤章回到牢房后，写了一首绝命俳句：
霜夜时，
横下铁心，
出门去。
尘世间，
妻儿固可恋；
壮士豪杰，
岂可苟且偷生。
写完后，武藤章将这首诗交给了教诲师花山信胜博士。从这首诗中，看不出武藤章对发动战争的反思悔过，反而是一副“壮士”赴刑场的“杀身取义”的模样，可见他仍是不思悔改的顽固态度。12月23日零点，武藤章被送上绞刑架，这个顽固的法西斯侵略战犯终于得到应有的下场，卒年56岁。
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