但是，郭廷亮等人的行动被情报部门侦破。5月25日，郭廷亮被捕。孙立人原定于5月28日前往郭廷亮事先构筑好的兵谏指挥所，突然接到“总统府”的命令，要他跟随蒋介石活动。孙立人只得派随从参谋陈良埙开车南下，沿途通知各地人马。但陈良埙出城不远就被保安机关逮捕。6月中旬，孙立人也遭到软禁。国民党在军中进行清洗，逮捕审查少壮派军官300多名。
孙立人被捕后，台湾当局只字不提，外电率先报道了这一信息。纽约《世界电讯与太阳晨报》发表社论：“一个四星将军竟以所宣布的这样琐碎的理由受到惩处，这是荒谬的，如果不是可笑的话。”纽约《每日新闻》甚至发表专论，要求台湾当局允许美国派观察员参与对孙立人的审判，并号召在美掀起“普遍而强烈的怒潮”以挽救孙立人。美国其他一些报纸也长篇累牍载文介绍孙立人和蒋经国的矛盾，“宣称孙立人曾坚决反对台湾目前普遍实行的警察控制，因此直接与总统的儿子蒋经国将军发生冲突”，并断言，“孙立人是被他在军队中的具有反美情绪的长期敌人逼倒的。”五角大楼官员发表意见说：“在如此需要孙立人才干的时候，使孙立人遭到这样的麻烦，是可耻的。”
为了对世人有个交代，蒋介石必须证明此案的性质不是国民党内部的军人“兵谏”，而是与共产党分子有关的“叛乱”。因此，郭廷亮在被捕后，经过了十昼夜的严酷刑讯。“国防部情报局长”毛人凤对他说：“为了使这次案情不要扩大而能圆满解决，只有委屈你了……你站在党国的立场和我们密切合作，这不但是为了当前党国的利益，也是为了处理参军长孙上将的唯一办法……本案是以你的自首来办理，所以即不公开也不起诉，仅在政府内部办个手续，然后我将真实情况向领袖提出报告，以政治方式来解决。”郭廷亮在这样的威逼利诱下终于“自愿”承认自己是“匪谍”。
1955年8月3日，在孙立人忽然“失踪”的两个月后，报上忽然登出了孙立人的《辞职书》，说国军之中发生了一起不肖事件，因而引咎辞职。至于到底是什么事件，并未明说，于是各种猜测纷至沓来。8月20日，蒋介石发布“总统令”：
（1）总统府参军陆军二级上将孙立人因“匪谍”郭廷亮案引咎辞职并请查处，应予照准，着即免职。关于本案详情，另组调查委员会秉公调查，报候核办。（2）派陈诚、王宠惠、许世英、张群、何应钦、吴忠信、王云五、黄少谷、俞大维组织调查委员会，以陈诚为主任委员，就“匪谍”郭廷亮案有关详情彻查具报。[24]
经过50天的调查，调查委员会终于写出1.6万字的报告。10月31日，蒋介石根据报告又发布“总统令”称：
以孙立人久经戎行，曾在对日抗战期间作战立功，且于案发之后，即能一再肫切陈述，自认咎责，深切痛悔，既经令准免去总统府参军长职务，特准予自新，毋庸另行议处，由国防部随时查考，以观后效。[25]
该报告公开后，“监察院”又派曹启文、陶百川等五名“监察委员”进行复查。他们曾请孙立人到“监察院”晤谈，并调阅了该案的全部卷宗。但当他们提出要见当事人郭廷亮时被挡驾。全部调查工作于1955年11月中旬完毕。据说该调查报告“与其他机关提出的报告颇有出入”。调查报告定稿后，当局竟不让公诸于世，后尘封于“监察院”，列为“极机密文件”。陶百川回忆说：“孙将军告诉我们说……不独他个人无辜，连郭廷亮等也是冤枉的，请求我们救救他们。”[26]五人小组的另一个成员曹启文也曾私下里对海外访客说：“这一切都是陈诚有计划的阴谋，连他们黄埔系的人看了都表示心寒。”
据说除了上述两份调查报告外，当时还有四份调查报告：一份是“参谋总长”彭孟缉主持的调查报告；一份是“国防部”副部长马纪壮主持的调查报告；一份是“军法局”局长汪道渊审讯300多名军官的笔录；再一份是“国安局长”郑介民召集各情治首脑成立“孙立人专案小组”的会议记录。但这四份记录都被彭孟缉奉蒋介石的手令全部烧毁。
台湾当局遮遮掩掩的举措更加引起外界的议论纷纷，直到现在仍无定论。孙立人在军中进行串联活动是事实。国民党军队内搞联谊组织是司空见惯的事情，蒋介石本人就是靠黄埔系起家的；孙立人发动兵谏也是事实，近代历史上少壮派军人出于对政局的不满，往往会诉诸武力。二战前，日本就曾爆发过“二·二六兵变”。这些军人未必是要颠覆政府，他们的目的不过是“清君侧”，以推行自己的政治主张。孙立人估计发难之后美国会乐观其成并以中间人的身份保护他们不受惩罚，万一失败，亦可向美国寻求政治避难。因此，由他“领衔”发动兵谏，完全是情理中的事；但说孙立人案中有“共产党因素”，纯属想当然。蒋介石给孙立人扣上一顶红帽子，主要是为堵住美国人的嘴巴。此后，孙立人一再向台湾当局要求“还我公道，还我清白”，主要也就是要摆脱强加在他身上的“匪嫌”，并区分“兵谏”和“叛乱”的定义。