1968年，张志新曾对同事透露自己对文化大革命“很多事情不能理解”，遭同事秘密举报为反对文化大革命。不久，中共辽宁省委宣传部将张志新和3万多工作人员送到辽宁盘锦的干校学习改造。干校指责张志新反对文化大革命，并成立专桉组对其进行批斗。张志新曾在批斗会上说：“强迫自己把真理说成错误是不行的，让我投降办不到。人活着，就要光明正大，理直气壮，不能奴颜婢膝，低三下四。我不想奴役别人，也不许别人奴役自己。不要忘记自己是一个共产党员，不管出现什么情况，都要坚持正义，坚持真理，大公无私，光明磊落……”，并在批斗会上对文革打击刘少奇等大批干部提出质疑，同时认为不应该对毛泽东进行个人崇拜。1969年9月18日，张志新以反革命罪被捕入狱。

张志新在狱中坚称自己无罪，并写下《一个共产党员的宣言》：对关系党和国家前途命运的一些问题发表意见，提出看法，这是忠于党的表现，是一个普通党员对待路线斗争应尽的义务和权利。

张志新在监狱备受折磨，监狱工作人员用铁丝钳住她的舌头和嘴巴，把拖布往里面噻。她的双手被反铐在身后，背上背着18斤重的铁锤，脚上带着脚镣，辽宁省的政治官员多次在狱中殴打张志新，将其头发拔光。陈禹山（陈禹山发表的长篇通讯《一份血写的报告》）称政治官员多次派遣男犯人对其实行强奸、轮奸。之后张志新写下遗书，准备自杀。被发现后严加监视，并且把她绑起来召开批斗会，批判她“以死向党示威对抗运动”。法院下达的离婚判决书送到监狱，张志新平静地说：“离不离婚，对我来说已经没有什么意义了。”1975年4月4日在行刑前，为了不让她说话，割断她的喉管，然后押赴沈阳郊区大□刑场执行枪决。

1979年3月31日辽宁省委召开了为张志新平反昭雪大会，省委要求大专院校的师生都要收听大会的实况转播，当时我正在沈阳上大学。记得那天下午，整个校园都安静得近乎凝固。教学楼每个教室的广播喇叭全部打开，同学们被组织着坐在教室里屏息聆听。

张志新案件后来成为控诉文革暴行最有影响力的典型之一。她的故事通过报纸、内部传达和口耳相传，迅速传遍全国。它像一面镜子，照出了在“五人帮”的统治下中国的政治是多么的荒谬与残忍。

与国民党时期渣滓洞、白公馆的酷刑相比，张志新的遭遇令人感到更加刺痛和荒诞。渣滓洞的刑讯发生在国共内战的敌我对抗背景下，针对的是被视为“叛乱者”的政治对手；而张志新却是党内同志，她批评的是个人崇拜、极左路线和文革的灾难性后果，却被同一政权以“现行反革命”的名义，用更系统、更持久的手段摧毁——长期单独监禁、性侵、精神折磨，直至割喉处决。

张志新的案件为80年代的思想解放提供了强大的道德力量，也成为后来人们纪念文革受害者、呼唤民主与法制的标志性符号。