Nachdem er selbst Ende 1958 in die Bundesrepublik geflüchtet war, kehrte er im Sommer 1959 noch einmal kurz auf DDR-Gebiet zurück, um seine Frau und Tochter nachzuholen. Dort geriet er durch Verrat eines früheren Freundes in einen Hinterhalt der DDR-Staatssicherheit. Angeschossen und verhaftet, wurde Smolka im Frühjahr 1960 vom Bezirksgericht Erfurt wegen angeblicher Militärspionage zum Tod verurteilt. Bei seiner Gefangennahme soll er eine neuentwickelte Gasmaske bei sich gehabt haben. Er wurde im Juli 1960 in der Strafvollzugsanstalt Leipzig durch das Fallbeil hingerichtet.
Die MDR-Sendung „Damals nach der DDR“ (2010) hatte den Prozess gegen Paul Wieseler, den früheren DDR-Staatsanwalt, der das Todesurteil für Manfred Smolka gefordert hatte, zum Thema. Beim Prozess trafen Wieseler und seine Ehefrau, die nach im Gerichtsgebäude anwesenden Journalisten schlug, auch auf Ursula Franz, die Tochter von Manfred Smolka. Im Zuge des Prozesses kam auch heraus, dass der damalige Verräter Fritz Renn 1000 Mark für seine Auskünfte von der Stasi bekommen hatte. Paul Wieseler bereute im Prozess sein Verhalten nicht und wurde zu lediglich zehn Monaten Haft auf Bewährung verurteilt.
Der Fall von Manfred Smolka reiht sich ein in eine Serie von geflohenen DDR-Bürgern oder Funktionsträgern, die von der SED-Staatsmacht eingefangen und hingerichtet wurden bzw. deren Ermordung geplant wurde, darunter der Ex-Stasi-Offizier Sylvester Murau, Bernd Moldenhauer, Wolfgang Welsch und Werner Stiller.