1945年8月15日，日本宣布无条件投降，第二次世界大战结束。
9月11日，盟军司令麦克阿瑟下达了逮捕战争罪犯的命令。19日，盟军司令部又命令日本政府，将以荒木贞夫为首的11名战犯嫌疑人逮捕并关进巢鸭监狱，其中有曾任天皇侍卫和关东军司令的本庄繁大将。本庄繁得知消息后立即自杀身亡。
所有重要的战犯都收容在东京巢鸭监狱，这里还关押着大量的被俘官兵。在巢鸭监狱，重要战犯每人独居一室，房间长8.5米，宽5米，高10米，配备有桌子、卫生间，地上铺着稻草垫。其他战犯二至六人同居一室。
土肥原住进巢鸭监狱之后，就享受了重要战犯的待遇。对于战犯来说，这并不是什么好事。这往往意味着他犯下了比别的战犯更严重的罪行，要为之付出更大的代价。
室内卫生由战犯自己打扫，看上去倒也干净整洁。牢房的灯昼夜不熄，美国宪兵在走廊里不断走动，见有人躺下，就走过来用棍棒敲门或用脚踢，还打开外面的铁丝门，以防不测。
按照《波茨坦公告》的原则，苏、美、英三国外长于1945年12月在莫斯科通过了《莫斯科会议协议》，规定盟国驻日最高统帅部应采取一切必要措施，确保协议中有关日本投降及占领和管制日本的各项内容得以顺利实现。
经过中国、苏联、美国、英国、法国、澳大利亚、加拿大、新西兰、荷兰等九国的反复磋商，达成协议，决定将日本首要战犯交由上述九国代表组成的国际军事法庭进行审判。此后，印度和菲律宾代表也加入，远东国际军事法庭遂由这11个国家的代表组成。
根据莫斯科外长会议协议，盟国驻日最高统帅麦克阿瑟于1946年1月19日发布特别通告，宣布在东京设置远东国际军事法庭，并于同日批准了《远东国际军事法庭宪章》。
宪章规定，法庭有权审理三种犯罪：（甲）破坏和平罪；（乙）违反战争法规及惯例罪；（丙）违反人道罪。国际军事法庭以审理甲级战犯为主，乙、丙级战犯交由受害国自行组建法庭审理。
在远东国际军事法庭长达两年半的整个审理过程中，土肥原的声音只响起过一次，他为自己辩护了几句。从此以后，他便缄口不语。
令土肥原不安的是，中国公诉人开始提出一项对他的新的指控。这就是：
土肥原在日本侵略者中率先提出，使用麻醉品作为侵略武器征服被占领国人民，而不是流血的征服。
这是土肥原的主张，但他没有想到公诉人会这么快就掌握证据，并且把他作为始作俑者。
在土肥原看来，这种独特的侵略“武器”的大量使用，使得日本在被占领国展开了另一场战争。这场不流血的战争发生在鸦片和海洛因烟馆，没有呻吟，没有痛苦，也没有血腥，一切都在不知不觉中进行。
审判进入了第二个阶段，土肥原才真正紧张起来。为什么他当帝国间谍时所从事的阴谋、挑衅甚至是谋杀等幕后活动都没有使他如此紧张，而他作为一个战场指挥官的活动却让他如此不安呢？
答案很简单，土肥原活动的第一阶段仅仅是为日本军国主义犯国际性滔天罪行作准备，而第二阶段则是日本军国主义分子把德国发动的欧洲战争变成世界大战的时期，这时土肥原是实际执行阴谋分子的计划。
而且在破坏和平的阴谋实施阶段，土肥原已不是次要角色，而是帝国军事参议院的成员，更是集团军和方面军的司令官。土肥原因为参加准备、发动和进行侵略战争，因为破坏战争的法规和惯例，被国际军事法庭判处绞刑。在远东国际军事法庭宣判的25名战犯中，土肥原和板垣是被判定犯罪条款最多的两人，他们都犯有“破坏和平罪”。判决书中说：
满洲事变前，土肥原在中国滞留达18年之久，在日本陆军部内被视为中国问题专家。土肥原对于日本在满洲进行的对华侵略战争，由开始到后来日本控制下的满洲国的建立，一直有着密切的关系。
在中国其他地区，土肥原也以政治谋略、武力威胁、军事干涉等手段，在推动日本侵略步伐上起到了举足轻重的作用。
为了把东亚及东南亚置于日本控制之下，在军部的其他领导者为此制订方案，进行准备及具体实施之时，土肥原与这些人关系密切，积极为他们献计献策，与他们共同行动。
当不再需要他对中国的特殊知识以及他在华行使阴谋的能力时，土肥原被任命为野战指挥官，直接到中国现地从事直接的侵略战争，为实现他自己参加制订的侵略计划而直接工作。该人不但参与了对中国的战争，而且参与了对苏维埃社会主义联盟以及1941年至1945年间日本对法兰西共和国以外的所有国家的侵略战争。
在1938年和1939年对苏联进行的战争中，土肥原当时是配属参谋本部的中将，该参谋本部为指挥哈桑湖战役的最高权力机关。在诺门坎战斗中，土肥原指挥的陆军部队参加了战斗。
土肥原自1944年4月至1945年4月间，曾任第七方面军指挥官，他的指挥权限包括马来西亚、苏门答腊、爪哇、婆罗洲等地。对于被告在其指挥区内保护战俘，使之免于遭受杀害、拷打等事项，被告方面提供的举证，多有矛盾之处。被告至少在对战俘食物及医疗药品的供应方面不能推卸责任。在这方面，有确凿的证据表明，战俘曾深受虐待。由于不给予充分食物，以致战俘们食不果腹，营养不良，而导致疾病丛生，战俘死亡率达到惊人的程度。
这种状况只是发生在战俘方面，而作为战犯的日军却根本没有这种情况发生。因此，辩护方面提出的“该地区日军战局恶化，交通断绝，故而对战俘不能维持更好的供应”的说法不能成立。相反有证据表明，此项原本就有的供应是因土肥原决定的方针而被中断的。
基于上述确凿的事实，根据法庭宪章规定，土肥原所犯罪行应按甲等罪犯，即破坏和平罪审理。
1948年12月23日零时整，在东京的巢鸭监狱里开始执行绞刑。30分钟后，行刑结束。七名被判处绞刑的日本战犯东条、广田、土肥原、木村、松井、武藤、板垣，在同盟国对日委员会成员面前被绞死。
土肥原的一生可谓给日本帝国主义立下了“赫赫战功”，但多行不义必自毙，虽然在他看来，自己也许拥有“辉煌”的一生，但不知他的头伸出绞刑架的一刹那，心中又作何感想？