抗战结束后，吴石奉调南京，任国防部史政局局长，并受吴仲禧之托，协助他调任国防部监察局监察官。这期间，吴仲禧有时住在吴石家，吴石逐渐觉察到吴仲禧在进行秘密活动，但一直取默许态度。
1947-1948年间，吴石开始主动创造条件，协助吴仲禧取得军事情报。8月16日，福州解放前一天，吴石从香港转道去了台湾。忠诚与背叛最坚强的堡垒往往从内部被攻破，最成功的潜伏者往往因叛徒的出卖而暴露。
作为潜伏者，吴石有着完美的身份掩护，虽在抗战前后及其解放战争末期与中共有过接触，但从未引起怀疑。问题出在台湾工委，也就是朱谌之-吴石这条情报链相平行的另一条情报线路。
朱谌之来台后，同时与吴石和接受中共华东局领导的台湾工委取得了联系，而且，她与吴石的联络也是蔡孝干引荐和安排的。但是，1950年1月29日，中共台湾工委书记蔡孝干被国民党军警逮捕，供出蔡的是台湾工委委员陈泽民。令人意外的是，蔡孝干居然在被捕后一周就彻底叛变，造成其它包括领导干部在内的400多名地下党人被捕。
保密局从蔡孝干的笔记本上查到了吴石的名字。蔡孝干也供出了吴石曾与朱谌之秘密会见多次。毛人凤不敢怠慢，立即呈报蒋介石。蒋遂立即令参谋总长周至柔马上逮捕吴石。
假如没有蔡孝干的叛变投敌，吴石的潜伏生涯还将继续下去，以他的光鲜身份，耀眼头衔以及在台短短一年间搞到的情报，或许他会成为史上最成功的潜伏者，真正的“深海”。
1973年，为表彰吴石将军为祖国统一大业做出的特殊贡献，周总理力排众议，在毛主席的支持下，由国务院追认吴石为革命烈士。2000年，“深海”终于回到了祖国大陆。吴石将军的子女将他和妻子王碧奎的遗骸奉回大陆，安葬在京郊福田公墓。