Задержание Диллинджера оказалось чрезвычайно сложной задачей для правоохранительных органов страны, к тому же даже после ареста Диллинджеру удавалось бежать.
Самым известным побегом Диллинджера был побег из тюрьмы штата Индиана, откуда он бежал, используя сделанный из дерева муляж револьвера. Преступления Диллинджера, ограбления банков и особенно убийства полицейских привели к провозглашению его ФБР врагом общества номер один.
Полиция вышла на след грабителя и устроила засаду около кинотеатра, который Диллинджер должен был посетить. По окончании фильма он вышел из кинотеатра, где агенты ФБР приказали ему сдаться. Диллинджер выхватил оружие и попытался выстрелить в одного из агентов, но был трижды ранен. Смертельным оказалось пулевое ранение в лицо.
Мертвое тело Джонни Диллинджера пролежало на асфальте еще час, прежде чем его забрал автомобиль. Полицейским пришлось выстрелами в воздух разгонять толпу людей собравшихся вокруг тела величайшего грабителя.