Mata Hari era convinsă că Georges Ladoux, șeful Serviciului secret francez, așteaptă informațiile ei și era nerăbdatoare să primească milionul de franci pe care i-l promisese (vezi aici), dar problema ei era că nu avea cum să ajungă în Belgia, fiind obligată să rămână în Madrid. Femeie deșteaptă și obișnuită să improvizeze în orice situație, se gândește cum să facă să intre în contact cu ofițerii germani care se aflau acolo unde era ea, în Madrid, așa că cere de la hotelul în care era cazată lista diplomatică cu germanii de rang înalt cazați acolo. L-a ales pentru o întâlnire pe căpitanul Kalle căruia i-a motivat că a vrut să-l întâlnească ca să-l întrebe de ce a fost arestată sub pretextul că era spioana Clara Benedix. Întrebarea ei era un truc care îi sugera lui Kalle că ea știe că el are legătură cu serviciile secrete germane, lucru foarte adevărat, de altfel. L-a cucerit pe german, iar el, în intimitate, i-a recunoscut că este foarte obosit și preocupat de momentul debarcării unui submarin cu ofițeri germani și turci și cu muniție în Maroc, în zona franceză. De asemenea, i-a mai mărturisit că șeful serviciul secret german de la Barcelona era baronul de Roland. Acestea erau informațiile de care Mata Hari avea nevoie să i le transmită lui Ladoux și să pună mâna pe banii promiși.
La sfârșitul acelei săptămâni, Mata Hari a cinat cu colonelul Joseph Denvignes, atașat al Ambasadei Franceze la Madrid care s-a îndrăgostit de ea încă de la prima întâlnire. Au devenit intimi și i-a povestit ce aflase despre submarimul ce avea să ajungă în Maroc, iar Denvignes a trimis-o să se întâlnească din nou cu Kalle ca să afle mai multe informații. Ea a făcut acest lucru, dar n-a reușit decât să-i stârnească suspiciuni germanului. Mata Hari i-a reproșat lui Denvignes că a forțat-o să facă ceva ce nu trebuia și l-a rugat s-o lase să acționeze conform intuiției ei. Îl accepta ca protector, dar nu ca șef.
La scurt timp, Denvignes urma să plece la Paris și a întrebat-o ce poate face pentru ea. Rugămintea ei a fost să meargă la Ladoux care nu-i răspunsese la scrisori și să-i spună să se poarte mai frumos și mai deschis, așa cum merita o femeie ca ea. Colonelul a învățat-o să scrie o scrisoare în care să povestească tot ce a aflat și pe care să o lase înlocuitorului lui Denvinges, la Ambasada Franței, el fiind plecat la Paris. Ea a făcut acest lucru, dar negăsindu-l pe cel căruia trebuia să-i lase scrisoarea, a înmânat-o unui atașat cu rugămintea de a i-o da lui Denvinges.
În tot acest timp, povestea s-a complicat. După cum avea să declare Ladoux, francezii spărseseră cifrul german și le interceptau mesajele de la Turnul Eiffel. Era, poate, o strategie prin care s-o acuze pe Mata Hari de implicare. Ea aflase însă că și nemții spărseseră codul francez și puteau citi mesajele francezilor. Nemții puteau trimite mesaje în codul deconspirat care să pară secrete, dar care nu erau decât dezinformări.
Convinsă fiind că și-a îndeplinit misiunea, Mata Hari se întoarce la Paris pe 3 ianuarie, pregătită să-și primească răsplata. Între timp, îi scrie și lui Vadime, iubitul ei rus, dar acesta nu mai era demult acolo unde știa ea. Lipsa interesului său despre război și cum evolua el era evidentă. Prima grijă a fost să-l întâlnească pe Denvinges, dar numele lui nu era cunoscut nicăieri, nici la hotelul unde îi spusese că se va caza, nici la Ministerul de Război. Într-un final, i s-a făcut milă de ea unui atașat aflat pe holurile ministerului și i-a șoptit că Denvinges pleacă în seara aceea la Madrid. S-a dus la gară, l-a întâlnit și a înțeles că a trădat-o. I-a spus că s-a văzut puțin cu Ladoux, dar că a vorbit mai mult cu șeful lui care s-a arătat încântat de informațiile primite, dar și că la întrebarea acestuia dacă legătura lui Denvinges cu Mata Hari mai este de actualitate, el a răspuns că nu.
După multe încercări eșuate, Mata Hari reușește să îl întâlnească pe Georges Ladoux care i-a spus că Denvinges nu îi oferise nicio informație de la ea și a mai adăugat: ”În orice caz, să nu uitați că nu mă cunoașteți și eu nu vă cunosc.”
În declarațiile pe care le-a făcut Ladoux ulterior spunea că a primit mesaje interceptate la Turnul Eiffel, semnate de fostul iubit al lui Mata Hari, Kalle, ce făceau referiri explicite la un agent nou, H21. Nu era clar dacă era un bărbat sau o femeie. Cert e că agentul cerea bani și primea constant de la Kalle. Toate aceste lucruri sunt greu de crezut, în primul rând pentru că Mata Hari era în permanență filată și urmărită și în al doilea rând, pentru că Ladoux, având aceste informații nu a arestat-o imediat.
La jumătatea lunii ianuarie, Vadime, iubitul rus al lui Mata Hari obține permisie să plece la Paris. Primise o scrisoare scrisă de atașatul militar al colonelului său prin care i se interzicea să se căsătorească sau să se întâlnească cu Mata Hari pentru că e o ”aventurieră periculoasă interesată doar de bani”. În ciuda acestor avertismente oficiale, rusul și-a întâlnit iubita, ba chiar i-a arătat și scrisoarea denigratoare. Mata Hari a bănuit că Ladoux ori Denvinges o denigrează în felul acela. Oricum, nu mai conta. Aceasta avea să fie ultima întâlnire dintre ea si iubitul ei.
Pe 10 februarie 1917, ministrul de război trimite cerere de arestare, în care Mata Hari era acuzată de încercare de spionaj, complicitate și transmitere de informații secrete către inamic. Pe 13 februarie a fost arestată.
Pierre Bouchardon era cel care urma să se ocupe de Mata Hari pe toată perioada detenției. Interogatorii fără sfârșit, abuzuri psihologice, izolarea și dezorientarea prizonierei au fost câteva din strategiile lui pentru a o face să recunoască acuzațiile ce i se aduceau. A fost încarcerată la închisoarea Saint-Lazare, într-o celulă capitonată, la început, care avea o saltea de paie murdară și plină de purici, pusă direct pe jos. Mata Hari n-a acceptat un avocat pentru că era sigură de nevinovăția ei.
În tot acest timp, Vadime, iubitul ei, îi trimitea scrisori în care îi spunea că urma să fie operat și că o așteaptă la el, dar ea nu primea scrisorile. Corespondența îi era oprită de Bouchardon. I-a mai scris de câteva ori, nevenindu-i să creadă că ea nu îi răspunde. Abia după câteva luni a fost făcută publică arestarea lui Mata Hari și tot atunci, Vadime a fost interogat în spital, acolo unde se afla. A încercat să se distanțeze de ea, spunându-le că urmau să se despartă, dar măcar a avut curajul să recunoască faptul că nu i-a cerut niciodată informații militare. La final, Vladimir Massloff, iubirea vieții ei, nu s-a prezentat la proces.
Condițiile precare din pușcărie, șobolanii, păduchii și puricii, lipsa lenjeriei, a obiectelor de igienă au făcut ca Mata Hari să adreseze scrisori peste scrisori tuturor celor care ar fi putut-o ajuta, inclusiv lui Bouchardon, cel care o interoga, dar nimeni nu i-a venit în ajutor. De asemenea, îi cerea anchetatorului să îi contacteze pe Hallaure, pe Denvignes, dar toți o părăsiseră.
Pe 21 mai, obosită, hărțuită, într-o stare psihică deplorabilă, s-a hotărât să-i spună lui Bouchardon că primise bani de la Karl Kroemer, dar că nu a făcut absolut nimic pentru acea sumă, ci a considerat-o despăgubire pentru blănurile și bunurile pe care germanii i le confiscaseră la graniță. O asemenea afirmație nu avea nicio logică pentru unul ca Bouchardon, dar era o dovadă clară că prizoniera și-a recunoscut vinovăția.
Într-o scrisoare dintre zecile trimise să ceară ajutor și îndurare, Mata Hari spunea așa: ”Mata Hari a fost obligată să meargă la Paris să-și apere interesele. Gândiți-vă că mi-am trăit toată viața adulată ca Mata Hari, că gândesc și acționez ca ea. Am pierdut noțiunea călătoriei, a distanțelor, a pericolelor, pentru mine nu mai există nimic. Până și diferența dintre rase a dispărut. Întâlnesc pretutindeni ticăloși și oameni curajoși. Pierd- câștig- mă apăr când sunt atacată- iau – alteori mi se ia. Însă vă rog să mă credeți că n-am făcut niciodată un singur act de spionaj contra Franței. Niciodată, niciodată. Și vă rog, domnule căpitan, am suferit destul. Lăsați-mă să plec de la Saint-Lazare. Nu e drept să mă țineți închisă. Nu am făcut niciodată spionaj.”
N-a impresionat pe nimeni disperarea omului nevinovat din scrisoare fiindcă existau trei tipuri de dovezi împotriva ei: conținutul telegramelor în legătură cu agentul H21, banii primiți prin consulatul olandez de la o sursă neidentificată și recunoașterea faptului că a primit bani de la Kroemer ca să spioneze pentru nemți (deși nimeni, niciodată, nu a identificat care au fost informațiile pe care Mata Hari le-a oferit germanilor pentru acei bani).
Procesul lui Mata Hari a început pe 24 iulie. A depus mărturie Ladoux, au fost citite depozițiile foștilor ei iubiți, Vadime de Massloff și locotenentul Hallaure, a fost apărată de Clunet, fostul iubit care era avocat de drept civil și care o ajutase cu ani în urmă să-și găsească un agent impresar. S-au mai citit declarații și ale altor iubiți militari care nu s-au prezentat la proces, fiind însurați și temându-se să nu cumva să li se dezonoreze numele.
Cel care s-a prezentat la proces și a depus mărturie în favoarea inculpatei, cu un curaj pe care alții nu l-au avut, a fost Henri de Marguerie, iubitul ei de la debutul său în Paris care a susținut că nu i-a pus niciodată nici măcar o singură întrebare legată de politică sau probleme militare. Era greu pentru acuzatori să înțeleagă faptul că Mata Hari îi atrăgea pe militarii de toate națiile tocmai pentru că le vorbea de artă, teatru, muzică, și îi făcea să uite de ororile războiului prin care trecuseră.
În urma procesului, Mata Hari a fost găsită vinovată și condamnată la moarte prin împușcare. Se spune că a refuzat ultima spovedanie pe motiv că nu se considera vinovată de nimic: iubise bărbații și îi lăsase și pe ei să o iubească. Nu considera asta un păcat. Se spune, de asemenea, că ar fi scris trei scrisori, înainte de moarte: una fiicei sale, una lui Vadime și una prietenului său Henri de Marguerie, singurul care nu o lăsase la greu.
Execuția a avut loc pe un teren plin de noroi din Vincennes, pe un poligon, iar în fața ei se afla un pluton întreg de militari, așa cum îi plăcea ei. A refuzat să fie legată și și-a privit moartea în față tăcută și mândră. Au împușcat-o la ordinul sergentului major, a murit, iar la final, ca un gest de pedeapsă și mai puternică, șeful plutonului de execuție i-a mai tras un glonț în cap. Mata Hari avea 41 de ani.
Nu i-a cerut nimeni trupul, iar capul i-a fost trimis la muzeul Institutului de Anatomie din Paris pentru a fi studiat, alături de cele ale altor criminali.
