中共中央在9月18日首次向党内下达关于林彪出逃的文件时，还表扬了林立衡的揭发一举。她开始受审查时拒绝交代任何问题，受到反复批判之后就采取了另一种态度，大量“交代”林彪说毛泽东的一些“坏话”。这些东西送上去之后，专案组受到了批评，林立衡自然受到了激烈批判，说她这是有意“放毒”，攻击伟大领袖毛主席。

起初专案组对她还比较客气，开的伙食也比较好。由于她在很长时间坚持认为林彪是被叶群、林立果劫持走的，并讲了“毛主席身边也有叶群那样的人”之后，处境开始恶化，身份由“九一三”的“功臣”变成了“林彪留下来的钉子”，待遇大变。

专案组对她的态度变凶，看管更严，伙食标准也由“贵宾”而变“小灶”，再转为“中灶”而“大灶”。她的居住条件，逐步也变得恶劣起来，身体受到很大损害。

在这种情况下，林立衡写信给毛泽东要求面谈。毛泽东把信批给了周恩来。周恩来于1972年8月在人民大会堂找她谈了一次话，却不是要求的“个别谈话”，而是集体谈话，参加的还有汪东兴、纪登奎、李德生、张才千、田维新、杨德中以及谢静宜等。显然，周恩来在处理这一问题时也有难处。这次谈话，决定林立衡回空军“参加运动”，最后周恩来还同她握手道别。

林立衡回空军后住到招待所，仍有专案组人员在身边看守，在1974年“四人帮”大搞“批林批孔”运动后她又被关押并自杀未遂。

在无奈下，林立衡再次向毛泽东写信。1974年7月31日毛泽东收到信并做了批示：“解除对林立衡的监护，允许她和张清林来往，她和死党分子有区别。”中央政治局也做了决定，送她去农场劳动，并把张清林调往空军。空军组织部门还根据上面的指示，决定“批准”林张立即结婚。翌年10月，林立衡被安排转业，不过转业决定还是指出：“恢复党籍、真名、安排一定的领导职务，要大胆工作。”