Surpris par une patrouille de Bleus alors qu’il était déguisé en paysan, le prince, traîné de prison en prison arriva à Laval. On raconte que Jean Chouan tenta de le sauver mais que de mauvais renseignements l'en empêchèrent.
Condamné à mort le 2 janvier « ce Capet des brigands » fut guillotiné en face du château de ses pères. Au moment où glissait le fatal couteau, le prince, dans un dernier sursaut, criait encore « Vive le roi ! ».
Le couperet ayant emporté le menton, on lui en adapta un en fer blanc afin que sa tête puisse subir différents outrages: vidée par un chirurgien, elle fut placée sur un chandelier par un ancien prêtre et membre de la Commission révolutionnaire avant d'être plantée sur une pique et exposée, ainsi que celle de son intendant, au-dessus des grilles du château. Le surlendemain, la tête du prince fut enterrée dans la cour du château.
Le crâne retrouvé fut remis à sa veuve qui le fit ensevelir dans la chapelle de son château de Fleury-en-Bière en Seine-et-Marne dans le caveau familial lors de l'inhumation de son fils mort en 1815.Quand le domaine sortit de la famille en 1933, le reliquaire fut déposé en l’église paroissiale.
La dépouille du prince resta jusqu'au lendemain sur le lieu du supplice. Le 28, au matin, on la jeta dans le tombereau pour le conduire dans les fosses réservées aux victimes de la Révolution qui se situaient à la sortie de la ville sur la route d’Angers et nommées les landes de la Croix-Bataille.
En 1816, les dépouilles de quatorze prêtres guillotinés le 21 janvier 1794 furent exhumées avec celles de deux vendéens. Mais on ne retrouva pas les restes de Talmont.
A la Restauration, une chapelle expiatoire fut érigée sur les fosses en sa mémoire et en celle des victimes de la Révolution. Détruite en 1868, une grande croix de granit, toujours visible, la remplaça en 1955.
La place où il fut guillotiné porte aujourd’hui son nom.