至此，石川一案已经与前线军情、中美外交及中国内政瓜蔓相连，日本人也知道其已无生望。
不了了之的结局
石川伍一案件迅速引起光绪皇帝的亲自关注。8月28日，军机处转达谕旨，要求李鸿章彻查此案。次日，美国外交机构直接插手，其驻天津领事根据驻华公使田贝指令，发函李鸿章，要求将石川释放回日本，理由是“日本声称此人并非间谍”。
李鸿章命天津海关道盛宣怀与美方交涉。盛宣怀在发给美国领事的回函中，对美国的要求进行了有理有据有节的严辞驳斥：“本道查《中日修好条规》载明，两国商民，均不准改换衣冠。是两国和好，尚然有此禁例。现在两国失和，忽然改装易服，潜匿民家，四出窥探，其意何居？况日本领事出口之后，日本人之在中国口岸者，已由贵国兼理。该犯石川尽可安寓租界洋行，何以假冒华人，私至城内居住……至该犯被获之时，形迹可疑之处，不一而足，其为间谍无疑……石川一犯自应由中国官弁密访确情，彻底根究，未便遽行开释。”9月1日，光绪皇帝再度向李鸿章发出密谕，要求他“严行审讯，如究出探听军情等确据，即行正法……不得稍涉宽纵。”
朝廷坚定了彻查此案的决心，天津的办案取得了明显进展。9月17日，李鸿章向总理衙门提交了结案报告：“前获倭人石川伍一，饬县屡讯，供词狡展。须将奸细确证予以死罪，始无碍在倭华民。八月初四日(9月3日)，饬津海关道盛宣怀严密根究，传到崔姓等，曾在倭武员处服役。人证确凿，即提石川伍一，与已革书吏刘棻质讯，无可狡辩，始均供认：前驻津之倭海军武员井上敏夫等曾嘱石川伍一转托刘棻，私抄中国海军炮兵数清单，给过谢礼。宣战后，倭员回国，留探军情，改装华服，以七月初四日(8月4日)潜行至刘棻家藏匿，当日即被军械局会同官弁获住等语。严讯王大，并无知情同谋。初九日(9月8日)，奉电旨，复审石川伍一等，供均如前……石川伍一拟按公法，用枪毙击毙；刘棻即行正法”。
