日本投降后，远东国际军事法庭将其列为乙级战犯。1946年8月南京大屠杀的主犯谷寿夫从东京巢鸭监狱被引渡南京。1947年2月6日，南京审判战犯军事法庭对谷寿夫进行公审。负责这次审判的法庭，是受盟军总部远东军事法庭委托的江苏高等法院刑庭第一庭。审判庭设在南京城内明故宫的一座大庭里，布置庄严肃穆，周围戒备森严。从1947年2月6日下午开庭审判，先后持续了一个多月，到3月10日结束。
1947年2月6日下午审判开始，宪兵将战犯谷寿夫押入法庭。主审谷寿夫的审判长是石美瑜律师。公诉人代表中国政府起诉。起诉书中说：南京大屠杀的主犯谷寿夫，担任日军第六师团中将师团长，于1937年12月13日，率部攻入南京，立即展开惨绝人寰的大屠杀，持续40多天。起诉书中详诉了谷寿夫的屠杀罪行：查屠杀最惨厉之日期，为1937年12月13日至22日。在中华门外花神庙、宝塔桥、石观音、下关、草鞋峡等处，我被俘军民遭日军用机枪集体射杀并焚尸灭迹者有19万余人。此外零星屠杀，其尸体经慈善机关收埋者有15万余具。屠杀总数当在34万人以上。起诉书中还举例指出：12月15日下午一时，我军警2000余名被日军俘虏后。押赴中华门外，用机枪扫射，饮弹齐殒。其中负伤未死者，悉遭活埋。同月18日夜间，又将我被囚于幕府山之军民67418人用铁丝捆扎，驱至下关草鞋峡，用机枪射杀，凡倒卧血泊中尚能挣扎者，均遭乱刀戳死，并将全部尸骸用煤油浇灌焚化。日军在中华门外，少女后.又迫使过路僧侣续与行奸，僧拒不从，竟被处宫刑而死。我南京妇女无不人人自危，纷纷避难于外侨所组织的国际委员会所划定的安全区。但日军不顾国际正义，竟亦逞其，每乘黑夜，越墙而入。不择老幼，摸索。
起诉书宣读了两个多小时，旁听者无不义愤填膺，为之切齿。
1947年2月16日下午，南京审判战犯军事法庭对谷寿夫进行的第二次审判。当审判长宣布开庭之后，问被告对公诉书中所列举的犯罪事实有何申诉。谷寿夫故作镇静，为他的犯罪事实厚颜无耻地进行狡辩：“当日军攻克上海，南京处于战争状态之时，你们中国政府为什么不早作撤退准备，在双方交战炮火纷飞的情况下，有些非战斗人员不幸为流弹所中，这也是战争中不可避免的现象，本人对此感到抱歉。”面对着证人席上陈放的从“南京万人坑”里掘出的穿有洞孔或划有伤痕的头骨，他抵赖说：“你们凭啥说这是日本士兵的刀枪穿刺的呢?”面对着许多出席作证的被日军屠杀幸存者和被害家属的血泪控诉，他恶狠狠地说：“你们在堂堂国际法庭上，不要带上民族感情来对我审讯，这是不符合法律原则的，是不公道的。”最后还强辩说：“军人以服从为天职，我是奉命来华作战，执行任务的，战争责任不在我谷寿夫身上。”谷寿夫的狡辩激起了人们满腔怒火。
当谷寿夫的“申辩”刚一完结，检方公诉人，立即义正辞严地进行批驳。主要从谷寿夫的履历，军衔.职位和他在一次日本天皇召开的御前会议上的发言，揭露他不仅是日本军国主义侵华政策的执行者，而且是侵华战争的决策者。
公诉人的话刚结束，一位英国《曼彻斯特卫报》的驻华记者田伯烈愤怒地站起来作证说：“我当时在南京亲眼看到南京的活地狱，日军进城后的两天内，连续不断地屠杀，大规模地抢劫，侵扰私宅，奸污妇女，一切都失去了控制，街道上堆满了平民的尸体。任何人如因恐惧而奔跑，任何人在黄昏后如为巡逻日军抓住，都会被就地枪杀或被刺死的。这次暴行确实是有目共睹无可辩解的。”他还说：“未及时退出的中国士兵都已抛弃了枪械，脱掉了军服，但日军大搜捕，捆绑在一起加以枪杀，这些都是在日军军官直接指挥下干的。日军进城后，对重要市区进行有计划的破坏，大小铺店无一幸免，全城所有私人住宅，不论中国人的或外国人的都被日军‘光顾’洗劫一空。和侮辱妇女的事情时有所闻。我的外国朋友看到日本兵闯入邻居，抢去了四个中国姑娘。还有几个外国人看到一个新到日军军官寓所有抢来的八个年轻的中国女子。恐惧的程度.实在不是笔墨所能形容……”
一位日本记者揭露说：“我是日本当时驻南京记者，一直旅居在中国。12月10日那天，南京依然美丽如昔。但是从13日日军侵入南京之后，很快变成一片焦土，到处是破坏的痕迹，满目萧然，宛如人间地狱。我亲眼看到日军从难民区里拖出成百成千已经被解除武装的中国士兵去枪杀，或者当作练习刺杀的对象。我亲眼看到自己喜爱的城市和机关、学校、居民住宅，为日军纵火焚毁，这是我有生以来第一次看到的活地狱。”
一位美国驻华记者作证说：“ 12月13日，日军潮水一般涌入城内，恐怖随之开始，而且恐怖的严重性一天比一天增加起来。国际红十字会主席雷伯(编者注：雷伯实为南京国际安全区主席)和秘书史密斯，曾访问日军司令部中将谷寿夫，请求阻止难于再容忍的骚乱行动，但他们的访问与恳求是徒劳的。晚上日军把附近一个收容所中的难民1300人全部拖走，用绳子缚着，押向刑场。我们目睹当时的情景实在痛楚极了。”
金陵大学美籍教授贝德士从旁听席上站起来说：“12月16日早晨.我们开始听到日军奸污妇女的事情。据我们所知有一百多个青年妇女被日军劫去，其中7个是从金大图书馆劫走的，在家里被劫去的妇女更不知其数。晚上我赴布克教授处吃晚餐，回来时我的住宅门上贴着大使馆的布告，可是门户已洞开，所有箱柜均被打开，被褥和食物都不翼而飞。”
市民姚加隆是日军大屠杀中的幸存者，他头部受重伤，断了一条臂膀。他起来控诉日军暴行说：“12月15日我携家眷避难于中华门外斩龙桥，日军将我妻奸杀，8岁幼儿，3岁因在旁哀泣，被用枪尖挑入火中，活活烧死。”
公诉人还补充说:“谷寿夫身边有两个士兵(即野田毅与向井敏明)打赌，从南京下关一直杀到夫子庙，一个杀了105个，一个杀了106个，杀106个的得了冠军，赢了一瓶白兰地。”
法庭最后放映了由国际红十字会提供《日军南京屠杀罪行纪录片》将日军在南京进行的惨绝人寰的大屠杀，重新展现在人们面前。阴险狡猾的谷寿夫在铁的事实面前不得不低下了头。
审判长询问辩护律师有什么意见。辩护律师说：“被告谷寿夫罪证确凿，不容抵赖，希望法庭以事实为根据以法律为准绳，予以公正的判决。被告提出不要带上民族感情这一点，可予以注意。”
1947年3月10日下午，南京审判战犯军事法庭战犯谷寿夫的最后审判。这天法庭内外戒备森严，审判长宣布开庭之后，被告谷寿夫被宪兵押上法庭。他穿着旧军服，留短胡须，面色发青，低头站在被告席。约20分钟左右，审判长石美瑜律师宣布审判谷寿夫的判决书。
最后一天宣判时，法官对谷寿夫这个魔鬼说：“谷寿夫你在家躲得了吗？你们的行为激起了全世界人民的愤恨，整个地球你都无藏身之地了，就是杀了你124个谷寿夫，都不能抵偿我30万同胞的万分之一，你还有何话可说，你有什么交代，要不要给亲人写信，今天对你宣布死刑！”
谷寿夫写完信后，宪兵立刻将他押赴雨花台刑场。行刑人员是宪警队的洪班长，沿途人潮汹涌，跟着十军车，围观的市民大喊大叫：“好啊！杀人魔王今天要被人杀了。”到了雨花台，满山坡都挤满了观看行刑的人群，声讨这个即将赴鬼门关的魔鬼。
押解谷寿夫的车一停，张涛和另一名宪兵将谷寿夫拖下车时，谷寿夫已吓得全身发软，站不起来了，只好由张涛和另一名宪兵左右扶持站立。
谷寿夫行刑时没有被捆绑，也没有插行刑牌，洪班长手执驳壳枪，在谷寿夫背后举起，对准其后脑勺“砰”的开了一枪，子弹从头顶斜入，由口中飞出，打飞了谷寿夫两个门牙。谷寿夫当场毙命。张涛和同伴将已毙命的谷寿夫面朝天放在地上。这时漫山遍野围观的人高声欢呼，掌声雷动。
这个双手沾满了无数中国人鲜血的魔鬼，终于得到了应有的惩罚。