Создаю новый домен, делаю прокси класс на класс в новом домене(MarshalByRefObject). 
Запускаю метод(через прокси). 
Запускаю AppDomain.Unload на новый домен.
После этого программа останавливается - Console.ReadLine();

Теперь пытаюсь вручную удалить dll-фаил из BaseDirectory "выгруженного" домена. Не удаляется - нет доступа к фаилу.

После окончания работы программы - могу снова удалить фаил в BaseDirectory.


Деиствительно AppDomain.Unload не освобождает ресурсы? 

 Предположение - неверно.
AppDomain.Unload освобождает ресурсы! 

Сборка была блокирована не новым доменим, а "основным". Перед созданием нового домена с помощью ReflectionOnlyLoadFrom я узнавал FullName сборки, тем самым сборка и блокировалась.... Вместо ReflectionOnlyLoadFrom стал использовать ReflectionOnlyLoad - заработало, как надо.