外界的反映无疑刺激着张旃过度敏感的神经。他在一份“思想汇报”里谈到，这两天，听到车间里向我喊反革命分子，不知是指的什么意思，假如说我在走向社会主义时期时抱着资产阶级的作风不放，不进行艰苦的自我改造，而妨碍社会的发展，起了反动作用的话，我认为是有根据的。假如认为我还有其他和反动派有联系或类似的反革命分子(活动)的话，我认为应该很好地检查我的全部历史，我也会帮助组织上提供证明人或其他材料来。关于这个问题，我想不通，心里很气愤(张旃1954年1月9日“思想汇报”)。
此后，张旃一直处于悲观失望的状态，工作上“既积极又沉闷，抱着混的态度”，心事重重的样子，“就是走路，也站下想几分钟，完了再走”(南来分子的动态)。有时“工人对面谈话被他看见，就怀疑是在讲他的问题”(1954年1月23日厂保卫干事卓治国反映)。由于他的精神压力过大，工作神不守舍，结果因工作计划失误，造成原料损失，被记过两次。
1954年初，张旃已经有了精神异常的表现。1月中旬，他向五车间的王书记书面汇报说，我现在完了，哪里都给我下毒药，我的饭里有毒药，喝的水里有毒药，我的身上都胖肿了，要求请假到市里医院看病。多份材料中都反映他的精神存在问题。
1954年1月底，张旃调到了九车间，这一年底，车间孔国荣技术组长归纳了他的思想动态和生活情况：他的思想一贯是十分沉闷的，除工作外很少谈话，不爱和任何人接近，就是星期日也经常是一个人在房子内看看书或睡觉，偶尔有事上街的话也是他自己出去，所以他的思想情况是不和任何人交谈的。由于他思想上的苦闷已严重地影响到他身体健康，目前看来他的神经可能有些不够正常。自上一年10月份以后，他就很少外出，有时厂里放电影，离宿舍只有百米远，他也不去看。厂里组织了很多次活动，他一次都没参加，自己坐在房子里看书。
1955年4月上旬，张旃找到车间党支部书记，交出20元人民币，要求邮到上海市浦东章华毛织厂表兄黎斌处，说，我过去借“战犯”黎斌20万元(建国初的货币)，给他们邮去，和他们断绝关系。不久，又交上来14元6角人民币，要求汇到河北省唐山开滦矿务局，转交孙越崎再转王仪孟，并说，他们是官僚资本家，我花他们钱都还给他们，与他们脱离关系。
同年4月24日，又写给厂干部科和厂领导书面材料，述说通过总路线的学习，对本身阶级出身的认识，提出和反动的家庭划清阶级界限的声明，要求改名叫“孙志新”。张旃改名的要求，究竟是出于何种考虑，已无从考证，但有一点是肯定的，那就是他想尽快地摆脱由于家庭的关系所给他带来的心理上的阴影。从此时起，他就正式使用了新名，而且是经过党委李书记批准同意的(见“窃密嫌疑分子孙志新<张旃>材料”。为行文方便，其后仍以张旃称之)。
同年5月24日，他向车间领导请假5天去北京(得到批准)，5月25日，他从天津给同宿舍张一光和车间技术组长老孔寄来“遗书”。其内容说，我的身体不好，劳动和工作困难很多，我认为再继续活下去，已不能劳动为父母服务，现在我向你们永别了，一切后事请转告领导上代为办理。当日下午6时，天津市公安局发现其自杀(未遂)。不久后即精神失常。
涉嫌窃密事件
张旃患精神病后，曾入精神病院医治了4年，久治不愈，经常大闹不止。
张旃患病后的经历只有简略的记述。车间技术组长孔繁荣曾谈到，1955年去四平精神病院两个来月，由工友龙连起送去并接回。据说“出院书”上写着“没有精神病，回厂休养”的字样，查不出病来。送他到精神病院是因为工人发现他吃粪便，所以不叫他上班，在调整工资时也没有给他调。从精神病院回来后，他曾要求上班，但车间未同意，怕出事故。
到1959年时，精神比较稳定，似乎大有好转。那年，他已经能够上街购买一些关于拖拉机和汽车简明性能资料书籍，而且每天能够阅读书报，并到食堂吃饭。单位把他安排在职工单身宿舍收发室居住。
