原来，1931年“九一八”事变后，孙传芳见依附张学良不成，就从东北沈阳迁回了天津。孙传芳回天津不久，就听说蒋介石的锦衣卫——复兴社正在四处打探自己的行踪，于是他决定躲进佛门，保个平安。就这样，孙传芳成了天津“居士林”的“首席居士”。孙传芳怕自己的行踪外泄，自然少不了拜托居士林的管理人员和居士等不要透露自己的行踪，但“首席居士”这个名头，却让他名声远扬。
这里说两句闲话，孙传芳当时选择回到天津，就不算一个明智的选择。天津是相声的发源地，天津人都喜欢聊天，这就使得天津成了一个“万事不保密”的地界，这也是后来复兴社的“抗日杀奸团”在天津屡屡得手的原因之一——很多事情，三两句话就聊出来了。而当时居士林的人因为闲极无聊，尤其喜欢聊天，只要你告诉一个居士一件事情，不用半天，差不多整个天津市就都知道了。所以，让居士林内的人保守秘密，那就等于让孙悟空看守蟠桃园一样，非坏事不可。
就这样，施剑翘没费多大力气就了解了孙传芳的行踪，顺便还摸清了居士林的内外情况。于是，施剑翘扮作虔诚的佛教徒，进居士林暂住，一边暗暗观察孙传芳的情况，一边为报仇做准备。
正好，施剑翘住进居士林没几日，她在日本读军校的弟弟施中杰就来天津探望母亲和姐姐了，他从姐姐嘴里听说了孙传芳的下落，就揣了一把日本军刀，决意手刃孙传芳。弟弟的果敢和无畏，让施剑翘感到莫大的欣喜，然而想到弟弟尚未娶妻生子，万一刺杀不成，自毁前程，不是断了施家的香火吗？恰好此时，施中杰的同学将一把手枪寄存在了施家，施剑翘就拿起了这把手枪，决定亲自去刺杀孙传芳。
在刺杀前，施剑翘请弟弟把母亲接到了南京，并提前给自己的两个儿子各留了一笔钱，还写好了遗嘱。
1935年11月13日，施剑翘穿一件蓝呢大衣，怀揣手枪，在居士林内做好了刺杀孙传芳的准备。这一天，瓢泼大雨从早晨一直下到了中午，这种天气，按说孙传芳不会到居士林来了，可谁也没想到，孙传芳居然来了。于是施剑翘没有任何犹豫，直接走到孙传芳背后，拔出枪来对孙传芳连开三枪。第一颗子弹由孙传芳后脑勺射入，由前额穿出，脑浆四溅，孙传芳立刻倒地；第二颗子弹由孙传芳的右太阳穴射入，由左额穿出；第三颗子弹由孙传芳腰部射入，由前胸穿出。三枪过后，孙传芳当场死亡。
三枪打完，施剑翘并没有逃走，她对众人说：“大家别怕！我为父报仇，血溅佛堂，实属无奈。大家放心，我虽为女子，但是一人做事一人当，我随后就到衙门自首，绝对不连累诸位居士！”施剑翘一边说，还一边从大衣内袋里掏出题名为《告国人书》的传单，传单内容主要是：今天施剑翘打死孙传芳是为先父施从滨报仇；施剑翘一人做事一人当，绝对不连累家人以及诸位同胞。
每张《告国人书》下面都有工整有力的署名“报仇女施剑翘”，每个名字上面都盖有施剑翘鲜红的大拇指印。
不久，警察局的人赶到，看完《告国人书》之后，恭恭敬敬地带走了施剑翘。
施剑翘被捕后，施家人一直设法营救，施中杰聘请了著名律师余其昌、胡学骞为施剑翘出庭辩护；正在山东读大学的妹妹施纫兰专程由济南赶到天津探监并照顾孩子，施剑翘的丈夫施靖公也四处找关系营救施剑翘。此时，所有的舆论导向都一边倒地倾向施剑翘这一边，连复兴社也为营救施剑翘推波助澜。因为此时的施剑翘，已经被戴笠作为榜样来教育复兴社的特工们了。而且，关于施剑翘与戴笠的关系，传来传去不仅传成了施剑翘是戴笠的座上宾，后来还传成了戴笠一直在追求施剑翘！复兴社的各地分社当然不知事情真伪，但“戴老板”支持的人，他们就要大力支持！
尽管孙传芳的家属也在四处上告，并且一再申明，当年孙传芳对施从滨处以极刑的原因是施从滨苛待属下，但谁也不相信这套鬼话。于是，在民众的极力要求下，国民政府免去了施剑翘的死罪，判处施剑翘十年有期徒刑。
施剑翘入狱不久，包括施剑翘的丈夫施靖公在内的施家人四处活动，最终在1936年8月13日，由河北省高等法院改判施剑翘七年监禁。
施剑翘入狱后，有记者前来采访，当记者们问施剑翘狱中的生活情形时，施剑翘幽默地回答：“这里蛮安适的，近来天气渐渐炎热，不过我住在南檐下，非常凉爽，反倒觉得外面燥热难当，身在囹圄，权当是避暑消夏吧。”
施剑翘被改判之后，家人继续奔走，最后求到了时任国民政府委员的冯玉祥那里，冯玉祥与施剑翘的四叔施从云有袍泽之谊，就联合于右任、李烈钧、张继等几位元老级的国民党中央委员联名上书，营救施剑翘。而全国妇联以及各个社会团体、民主进步组织也纷纷致电政府，要求特赦施剑翘。1936年10月14日，国民政府向全国发表公告赦免施剑翘。
施剑翘被特赦，还因为当年在平津一带为日本人做事做得最卖力的，除了张敬尧，就是孙传芳。张敬尧死后，孙传芳便进入了复兴社的暗杀名单，只因孙传芳一直躲在天津租界内，深居简出，复兴社不得下手，才把孙传芳留给了施剑翘。施剑翘帮复兴社除了一个祸患，复兴社怎能不做“外援”，促成施剑翘的赦免？
就这样，施剑翘在狱中待了不到十个月，就平安地回到了家中。
施剑翘出狱之后，蒋介石的夫人宋美龄约她到政府工作，但施剑翘不愿附庸权贵，婉言拒绝。冯玉祥听说此事后，连连夸赞施剑翘有骨气。
这里不得不再提一句，1942年，施剑翘拿出珍藏多年的金银首饰，并动员母亲和弟妹拿出几乎全部的财产，换来三架崭新的战斗机，捐赠给了抗日部队。
1946年年初，施剑翘创办了以叔叔施从云的名字命名的“从云小学”，专门招收穷苦人家的孩子。解放战争期间，施剑翘与周恩来、邓颖超等中共特科的元老多次接触，有力地支持了中共地下党的革命活动，受到了毛主席的称赞。
新中国成立后，施靖公被解放军俘虏，在改造学习期间曾写过很多信给施剑翘，希望夫妻复合，却都被施剑翘回绝了，直到去世，施剑翘一直独身。
新中国成立后，施剑翘被任命为北京市政协委员会特邀委员，任职期间，她多次对儿女们说：“娘老了，但还有一个心愿，如果健康许可，愿为祖国统一尽一份力量，宋美龄我见过，蒋经国我也见过，我盼望祖国早日统一。”
1979年8月27日，施剑翘猝然去世。她去世之后，骨灰被安放在苏州城西天灵公墓。
20世纪80年代，施剑翘刺杀孙传芳的事情，被改编成了电影《女刺客》。