Gdy jej informator został aresztowany, ukryła się w Brwinowie, gdzie jej ojciec otrzymał pracę administratora majątku. Niebawem otrzymała przydział do nowej komórki wywiadowczej: jej zadaniem było zbieranie informacji na temat oddziałów Wehrmachtu na terenie Warszawy.
Została przypadkowo aresztowana 19 października 1942. Osadzono ją na Pawiaku, a po śledztwie w Alei Szucha wywieziono do Berlina. Śledztwo zakończyło się 19 kwietnia 1943 sądem wojennym, który skazał ją za „szpiegostwo i współdziałanie w zbrodni zdrady stanu” na śmierć przez ścięcie. Po odrzuceniu przez Hitlera prośby o ułaskawienie Krystyna Wituska została wywieziona do więzienia w Halle, gdzie 26 czerwca 1944 r. został wykonany wyrok śmierci przez ścięcie na gilotynie. Jej ciało zostało pochowane w zbiorowej mogile na cmentarzu w Getraudenfriedhof w Halle.
Historia jej pobytu w niemieckim więzieniu, w opracowaniu i ze wstępem Wandy Kiedrzyńskiej, została zawarta w książce Na granicy życia i śmierci. Listy i grypsy więzienne Krystyny Wituskiej, Warszawa 1970. Na terenie należącym do niemieckiej Bundeswehry w podmonachijskim mieście Fürstenfeldbruck istnieje ulica nazwana imieniem gen.-leutn.