联邦调查局早在1982年2月就开始了对金无怠的调查和监视，通过搜查其行李和监视其行踪得到部分证据，证实金无怠是为中国工作的卧底。[9][5]金无怠的被捕与中国国家安全部负责美国情报工作的总负责人、北美情报司司长、外事局主任俞强声叛逃美国有关。[1][2]1985年，俞强声携带金无怠的档案叛逃到美国，从而使美国联邦调查局得到金无怠在中国国家安全局的代号和通信证据，金无怠面对这些证据，承认其曾给中国提供情报。[8]
被捕后，金无怠承认了自己确有间谍行为，但坦白唯一的情报是在中美建交过程中，秘密提供给中国关于美国总统对中美关系决策的情报，并因此声称自己对中美两国建交有功[2]。金无怠说：“我提供了美国方面愿意修好的情报，毛泽东才做出了邀请尼克松访华的重大决定”。金无怠曾托其妻周谨予前往北京见邓小平，希望中国政府能与美国谈判，换自己能回到中国，然而中国方面否认与其有任何关系。时任中国外交部发言人的李肇星在新闻发布会上说：“金无怠事件是美国反华势力编造出来的，中国政府爱好和平，从来没有向美国和任何其他国家派遣过任何间谍。中国政府不会承认这件反华事件，也不认识这位自称是中国间谍的金无怠先生。”[1][5]
金无怠被捕后，让周谨予取出香港银行的10万美元存款，发现这个账户已经被中国冻结了。[10]:1312月19日下午，周谨予和往常一样去探视了金无怠。当天稍晚，金无怠还会见了纽约华文报纸《中报》记者陈国坤。当时他似乎相信，中方对他不会袖手旁观。他说：“至少要做给世界看，是不是？人员出了事情，结果，好，就一句‘我根本不理’，这从人情上说不过去······这个国家不负责任，不会永远不负责任，对不对？”[10]:133
1986年2月21日，在等待判刑期间，金无怠在狱中自杀，死因是用塑胶袋蒙住头部后窒息而死[11]。美国此后也没有对这一轰动的间谍之死做任何更深入的调查[3]。其妻周谨予后居住于旧金山，1998年出版了《我的丈夫金无怠之死》一书。书中对金无怠的自杀提出质疑，提出诸多疑点，例如金无怠死时面容平和，不似窒息而死，作者认为金无怠之死“是个谜，谜底要大家去分析”。[1][12]
金无怠安葬在美国加州帕罗奥图市的阿尔塔梅萨纪念公园。[13]
2017年左右，他的三名子女为他在北京香山玉皇顶立了墓碑。[14][15]在金无怠墓碑右侧3米左右，还有一石碑形制稍稍小一些，是金无怠父母3人的墓碑。两碑相比，父母之碑的碑台较矮，几乎与地表齐平。