坦然赴死
宣判后的当天深夜，罗森伯格夫妇被转押到新新监狱的死囚牢房。两人的牢房只相隔二三十米，他们大声呼唤对方的爱称，相互鼓励。埃塞尔天生有一副好嗓子，她唱起歌剧《蝴蝶夫人》中有名的唱段《他将在晴朗的日子归来》。犯人不约而同地为她鼓起掌。罗森伯格非常激动，突然叫道：“埃塞尔，再唱另一段。”埃塞尔唱起同一歌剧中的《啊！愉快的夜晚》。纯正优美的歌声感染了监狱里所有的人，一名犯人甚至觉得是在听音乐会。此后，在被囚禁在新新监狱的漫长日子里，每当埃塞尔在这边唱歌的时候，罗森伯格就能听到，她总能用甜美的歌声消除丈夫的疑惧。
4月10日，法院开庭审判格林格拉斯，本来以为揭发了自己的姐姐和姐夫，这种大义灭亲的行为会让他获得很轻的判决，结果地区检察官一开口就提议判他15年徒刑，后来法官考夫曼果然判处格林格拉斯15年徒刑。
罗森伯格夫妇通过律师提出了上诉，后来又有来自社会各方要求延期执行的呼吁书、请愿书和申请书。法官提出的行刑日期一再延期。在漫长的等待中，他们只能在每周四下午才能见面。除此之外，唯一的联系就是信件，夫妻俩交换了大量的信件，他们在信件中互诉衷肠，相互鼓励。这些情意绵绵的信件同时被他们的律师复制，用在他们的孩子所写的《我们是你们的儿子》一书中，被广泛阅读。这些感人至深的信件使罗森伯格夫妇得到广泛的同情。
1953年6月10日，上级法院最后驳回罗森伯格夫妇的上诉，决定于6月18日行刑（后又延期一天）。从6月10日至18日，罗森伯格夫妇间谍案在美国乃至全世界都引起了轰动。世界各地发生了几百起支持罗森伯格夫妇的示威游行。罗马教皇向艾森豪威尔发出呼吁，希望总统能免除罗森伯格夫妇一死。在巴黎，成千上万的人涌上街头，谴责美国“野蛮地迫害忠良”；在爱尔兰，中央情报局都柏林情报站遭到燃烧弹袭击；伦敦的交通被抗议者堵塞；意大利许多城市发生了持续15分钟的罢工。即使是在美国最高法院，法官们也存在意见分歧。那些相信罗森伯格夫妇是善良无辜的人经常聚集在联邦法院门口，手举标语，为夫妇俩喊冤叫屈。
联邦调查局在量刑的同时指出，如果罗森伯格夫妇愿意招供，可以为他们减刑。但从作出死刑判决的1951年4月9日到执行死刑的1953年6月19日，罗森伯格夫妇始终拒绝跟联邦调查局合作，在审讯中一直坚持认为自己无罪。
罗森伯格夫妇是美国历史上唯一以“间谍罪”处死的平民，这一间谍案曾在美国甚至全世界引起巨大影响。(https://www.daowen.com)
6月19日，死刑马上就要执行了，罗森伯格夫妇的两个儿子迈克和罗伯特在律师的带领下，站在白宫门前祈求美国总统不要让他们成为孤儿。总统对他们要求宽赦的申诉书还没有明确表态，罗森伯格夫妇剩下最后一线希望。下午2时，白宫新闻秘书告诉等候的记者：“总统拒绝介入此事。”艾森豪威尔不介入此事其实就是表示赞同法院判决。事后，总统在给他在韩国服兵役的儿子的一封信中这样写道：“罗森伯格夫妇被处死，只是死了两个人，但他们向苏联提供的原子弹制造技术，却能杀死成千上万的人。”
1963年6月19日晚上8点整，行刑的时辰到了，朱利叶斯·罗森伯格走在通往行刑室长长的走廊上，一位年轻的犹太教教士走在前面，嘴里诵着《圣诗》第23首的词句：“是的，纵然我在死亡的幽谷漫步，我也不惧怕魔鬼，因为你与我同在……”他被固定在电椅上，一条电极接到他腿上，另一条电极连着头盔戴到他头上，此时，他平静地凝视着前方，嘴角略显一丝笑意。刽子手合上了电闸，高达2000伏的电流穿过罗森伯格的身体。8点6分，监狱看守宣布罗森伯格已经死亡。
埃塞尔紧随其后，她异常平静地与两年来一直看护她的女看守吻别，然后径直走上电椅。不幸的是埃塞尔在接受第一次电击后没有死亡，于是行刑人员给她进行了第二次，从她的头部一次又一次冒出一缕缕白烟，情形惨不忍睹，10分钟后埃塞尔也死去。
大卫·格林格拉斯在监狱服刑不到10年于1960年获释出狱，他和妻子团聚后，两人隐姓埋名过着隐居生活。直到2001年，79岁的格林格拉斯在接受美国哥伦比亚广播公司《60分钟时事》杂志采访时，出人意料地表示自己曾在50年前的审判时作了伪证。格林格拉斯承认自己确实是在姐夫罗森伯格的鼓动下为苏联提供过有关原子研究以及核引爆器的情报。但针对姐姐的指控则是完全没有根据的。格林格拉斯不无坦白地说，当时他之所以将姐姐、姐夫一并指控为主谋，是为了替自己和妻子洗脱罪名。担心妻子被卷入其中并坐牢才因此说谎，让姐姐当了妻子的替罪羊，他也因这些供词而逃过死刑。
在当年的证词中，他指控姐姐埃塞尔曾用一台“雷明顿”牌打字机为他打印向莫斯科传递情报的副本，在检方看来这正充分证明了埃塞尔的间谍身份，法院也正是因此给埃塞尔定了罪。但事到如今，格林格拉斯才承认这些不过是他为了自保编造的谎言：“我不知道谁打印了这份材料，坦率地说，我都记不起是否曾有人打印过那份材料，我对当初发生的已经失去记忆……我没有想到这些话会对埃塞尔造成怎样的影响。”
格林格拉斯承认自己时常被这段往事困扰，但他的妻子总这样安慰他：“看，我们还活着。”格林格拉斯说，如果有一天遇到两个外甥，他会跟他们说，对他们父母的死感到难过，但他不会为当初作伪证道歉。“我并不知道谁下达了死刑令。既然当年出卖了自己家人，我现在什么都不在乎。我吃得下、睡得着。”虽然他已经是快入土的老人，却仍然是一副无赖的嘴脸。
事实早已证明，埃塞尔·罗森伯格对丈夫的行为虽然表示支持，但埃塞尔自己并不是间谍，她从来没有同克格勃工作人员见过面，被判处死刑是不公正的。苏联解体后，俄罗斯公开了原子弹间谍案的档案，档案也证实了这种观点：朱利叶斯·罗森伯格确实是苏联的间谍，而埃塞尔·罗森伯格却从未参与。