Trong thời gian đồng chí Hoàng Văn Thụ bị bắt giam tại Nhà tù Hỏa Lò, nhiều kế hoạch giải thoát được lập ra nhưng không có cơ hội thực hiện.
Ban Thường vụ Xứ ủy Bắc kỳ đã bàn việc cứu đồng chí bằng cách bố trí một "cơ quan" ở Bắc Giang rồi bắn tin cho mật thám Hà Nội biết. Nếu chúng dẫn đồng chí Hoàng Văn Thụ về đây thì đội du kích cảm tử sẽ xông ra cứu. Nhưng bọn mật thám giữ chặt đồng chí trong xà lim Hỏa Lò.
Xà lim số 2, Nhà tù Hỏa Lò - nơi giam đồng chí Hoàng Văn Thụ (1943 - 24/5/1944)
Được tin sáng 24/5/1944, thực dân Pháp sẽ đưa đồng chí đi bắn, lập tức một kế hoạch táo bạo cướp tù được tổ chức, nhằm đánh tháo cho đồng chí chạy thoát ngay trên đường ra pháp trường. Kế hoạch được báo cáo lên trên và các đồng chí Trường Chinh, Nguyễn Lương Bằng, Hoàng Quốc Việt đều nhất trí tán thành.
Theo kế hoạch đã định, khi xe chở tù của nhà giam Hỏa Lò qua ngã tư Trung Hiền rẽ xuống trường bắn Tương Mai thì một người sẽ giả vờ ngã xe đạp cản ô tô dừng lại, một số đồng chí có nhiệm vụ xông tới khống chế bọn lính canh trên ô tô, đưa đồng chí Hoàng Văn Thụ xuống. Buổi sáng hôm ấy, khi tới gần khu vực chợ Mơ, người họp chợ tràn cả ra vỉa hè, dưới lòng đường thì tàu điện, xe bò, xe đạp qua lại rất đông. Con phố Đại La, Bạch Mai hẹp, nhiều ngõ ngách, phía sau là làng xóm với nhiều đầm ao, mồ mả. Chỉ cần dìu được đồng chí Hoàng Văn Thụ vào một ngõ nhỏ là thoát! Nhưng ở trên xe, đồng chí Hoàng Văn Thụ lắc đầu ra hiệu không nên hành động lúc này. Vì bọn mật thám không chỉ khóa tay mà còn xích chân đồng chí vào sàn ô tô. Đồng chí không muốn vì mình mà thêm nhiều đồng đội khác phải hi sinh.
Chị Lê Thị Thanh còn có tên là An, một nữ đồng chí gan dạ, mưu lược, chỉ huy trực tiếp cuộc giải thoát hôm ấy đành nuốt hận nhìn chiếc ô tô màu đen bịt kín phía sau chở đồng đội của mình chầm chậm chạy qua trước mặt. Nhưng các anh, các chị lại chớp nhoáng hội ý, nảy ra ý kiến táo bạo mới: Cứu anh Hoàng Văn Thụ ngay tại cổng trường bắn, khi chúng vừa tháo xích đưa anh từ ô tô xuống. Những người có nhiệm vụ đã nhanh chóng tới địa điểm quy định, chen lẫn trong đám đông dân chúng đứng chật bên đường để ''xem bắn'' (Địch có thông báo cho một số người vào chứng kiến nhằm khủng bố tinh thần nhân dân). Nhưng xe ô tô chở đồng chí Hoàng Văn Thụ chạy thẳng vào trường bắn, bọn lính gác ngăn không cho người vào theo. Một lần nữa, ý định giải thoát cho đồng chí lại không thành.
Chị Thanh cho biết thêm: Cũng trong kế hoạch dự kiến hôm đó, mọi người đã chuẩn bị một phương án chu đáo nhằm bảo vệ thi hài đồng chí Hoàng Văn Thụ. Ông X. một quần chúng tốt, nhà ở gần ô Cầu Dền đã đưa tiền cho những tên lính để ông được làm thay phần việc chôn cất đồng chí Hoàng Văn Thụ. Cái huyệt lấp đầy, nhưng thi hài đồng chí đã được đưa tới bãi rác Ô Cầu Dền (nay thuộc đê Tô Hoàng, phường Bách Khoa, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội là nơi chôn những người tù chết trong nhà giam Hỏa Lò).
Thi hài đồng chí được che đậy, giữ gìn cẩn thận rồi bí mật chuyển đi chôn ở Thanh Xuân trong đêm, đây là một nghĩa địa nhân dân nằm bên đường Hà Nội - Hà Đông.
Tổng Bí thư Đỗ Mười, Chủ tịch Quốc hội Nông Đức Mạnh cắt băng khánh thành Nhà bia tưởng niệm
đồng chí Hoàng Văn Thụ tại phường Tương Mai, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, ngày 24/5/1994
Sau ngày giải phóng Thủ đô (10/10/1954), phần mộ của đồng chí Hoàng Văn Thụ được đưa về nghĩa trang Mai Dịch, Hà Nội. Ở Tương Mai, nơi đồng chí hy sinh cũng có một nấm mộ và khu tưởng niệm người con của xứ Lạng đã dũng cảm hy sinh vì độc lập tự do của Tổ quốc.
Bài thơ Nhắn bạn, đồng chí Hoàng Văn Thụ sáng tác trong Nhà tù Hỏa Lò với những vần thơ sáng ngời ánh thép mãi ngân vang đến tận hôm nay:
“Việc nước xưa nay có bại, thành,
Miễn sao giữ trọn được thanh danh.
Phục thù chí lớn không hề nản.
Ngọc nát còn hơn giữ ngói lành.
Thân dẫu lao tù lâm cảnh hiểm,
Chí còn theo dõi buổi tung hoành.
Bạn hỡi gần xa hăng chiến đấu
Trước sau xin giữ tấm lòng thành”.
Lại Thị Minh Thu, phòng Nghiên cứu Sưu tầm