سرانجام مدرس را در 22 مهر1316 از خواف به کاشمر (ترشيز) منتقل مي کنند. رييس شهرباني کاشمر مامور قتل مدرس مي شود. اما وي به اين کار تن نمي دهد در نتيجه اين ماموريت به جهانسوزي و متوفيان و خلج واگذار مي شود. ماموران در شب دهم آذر 1316 برابر 27 رمضان 1356 قمري به سراغ ان عالم رباني مي روند و مي گويند: ماموريم که تو را مسموم کنيم. مدرس مي گويد: بسيار خوب ولي بگذاريد افطار کنم. سپس براي آنها که مسافر بودند، چاي درست مي کند. مامورين موقع افطار زهر در چاي ريخته و به مدرس مي خورانند. مدرس پس از خوردن چاي زهرالود به نماز مي ايستد اما چون سم اثر نمي کند عمامه اش را باز کرده و به گردنش مي اندازند و وي را در سن 69 سالگي به شهادت مي رسانند و جنازه را به طور محرمانه به غسال خانه مي برند و بي سر و صدا ايشان را در کاشمر به خاک مي سپارند. قبر مدرس پس از شهريور 1320و خروج رضا خان از ايران توسط اهلي محل شناسايي و مشخص گرديد.

امام خميني (ره) در 28 شهريور 1363 طي حکمي به توليت استان قدس رضوي دستور بازسازي و مرمت ارامگاه مدرس را صادر فرمودند. در بخشي از اين حکم آمده: «ملت ما مرهون خدمات و فداکاري هاي اوست و اينک که با سربلندي از بين ما رفته بر ماست که ابعاد روحي و بينش سياسي- اعتقادي او را هر چه بيشتر بشناسيم و بشناسانيم و با خدمات ناچيز خود مزار شريف و دور افتاده او را تعمير و احياء نماييم.»