در این زمان رضاخان دستور قتل مدرس را به رئیس شهربانی کاشمر داد ولی او به این کار تن نداد و در نتیجه این مأموریت به جهانسوزی، متوفیان و خلج واگذار شد. آنها در شب دهم آذر ۱۳۱۶ برابر با ۲۷ رمضان ۱۳۵۶ قمری در حالی که آیتالله مدرس به انتظار افطار نشسته بود، او را در محل اقامتش با چای مسموم کرده و سپس با عمامهاش وی را خفه کرده و به شهادت رساندند.
آرامگاه مدرس پس از شهریور ۱۳۲۰ و خروج رضاخان از ایران، توسط اهالی محل مشخص و آرامگاهی برای وی در شهر کاشمر ساخته شد. از آن زمان تا کنون میان مردم و فرهنگ شهید مدرس ارتباط عمیقی ایجاد شده و شهید مدرس به یکی از نمادهای شهر کاشمر تبدیل شده است.
روز شهادت آیتالله مدرس بر اساس مصوبه مجلس شورای اسلامی، روز «مجلس» نامگذاری شده است.