日本战败投降后，1945年9月19日，驻日盟军总部下令，将松井石根作为战犯逮捕入狱。远东国际军事法庭从1946年5月开始，对包括松井石根在内的28名日本甲级战犯的战争罪行进行了长达两年多的审讯。审讯中，松井石根辩称自己当时因生病而未能阻止部属的暴行。远东国际军事法庭举证驳斥说：“他的疾病既没有阻碍他指挥在他领导下的军队的作战行动，又没有阻碍他在发生这类暴行时访问该市达数日之久。对于这类暴行负有责任的军队又是属于他指挥的。他是知道这类暴行的。他既有义务也有权力统治他自己的军队和保护南京的无辜市民。由于他玩忽这些义务的履行，不能不认为他负有犯罪责任。” 提起中日战争的性质，松井石根在法庭上有过一段描述，这就像一家内，当哥哥的，实在无法忍受弟弟的乱暴，而打了他，这是因为太爱他，而促使他反省的手段。
1948年11月12日，远东国际军事法庭对松井石根宣读了起诉书共计三大类55项罪状(但后又裁定，起诉书中的“反和平罪”不成立)，判决其有罪，处以绞刑。临刑前，松井石根对教诲师花山信胜说，即使仅我一个人得到这样的结果，如果能使当时的军人们，哪怕多一个人能进行深刻的反省，我也感到非常高兴，好不容易这样了，我想就这样往生吧。12月23日零时，松井石根在东京巢鸭刑务所被送上绞刑架。十二分三十秒后松井石根被确认死亡。1978年(昭和53年)松井牌位与其它六名甲级战犯一同迁入靖国神社合祀。
有很多观点认为，松井石根的罪行算不上甲级战犯，也不能说他南京大屠杀的第一要犯。他和柳川平助、谷寿夫、中岛今朝吾、朝香宫鸠彦等几个大屠杀的怂恿者一样，都应判为乙级战犯，不过柳川和中岛在日本无条件投降前就先后病死了，而谷寿夫、佐佐木到一等所犯罪行又不足以定为甲级战犯，直接下达屠城令的朝香宫鸠彦王因为是皇族，也被免予追究战争责任。所以就只剩松井来做这个最大的替罪羊了。
但是这观点明显是分析不彻底，远东国际军事法庭的驳斥充分地说出了松井石根应付有的罪责，对于南京大屠杀的这桩罪恶滔天的罪行，他和朝香宫鸠彦王等活到战后的人都有不可推卸的罪责，只是朝香宫鸠彦王由于是皇族侥幸逃脱了惩罚。所以，审判中不存在谁是谁的替罪羊一辞，这个责任是没法推卸给别人的，他们2个应当共同承担。
人物评价
日本明治维新之后，国家实现了近代化转型，而晚清的中国呢，仍迟迟不能摆脱中世纪的王国心态，在年轻的松井石根眼中的中国，是闭塞、固执、暴虐和窒息的。松井石根一厢情愿地想把从本国利益出发的“兴亚主义”强加给中国，想以大哥的身份来指导中国，但此时的中国已不是满清时代的中国，民
族主义已经深入人心，各派政治势力也开始化干戈为玉帛，共赴国难。自认为是“中国通”的松井石根，其实没有读懂中国，自认为已经是文明开化国家的精英的松井石根，其实也不懂现代文明。国与国之间的所谓“共荣”，应该有另外的方式。
