Yleensä koko maahan ilmestyi etsintäkuulutusjulisteita, joissa Sternistä oli luvattu palkkio. Stern vaelsi turvatalosta turvataloon Tel Avivissa, matkalaukussaan kokoontaitettava pinnasänky. Kun piilopaikat loppuivat, hän nukkui kerrostalojen rappukäytävissä. Lopulta hän muutti Tel Avivin asuntoon, jonka vuokrasivat Moshe ja Tova Svorai, jotka olivat Lehin jäseniä. Moshe Svorain saivat kiinni brittiläiset etsivät, jotka tekivät ratsian toiseen asuntoon, jossa kaksi Lehin jäsentä ammuttiin kuoliaaksi ja Svorai ja yksi toinen haavoittunut joutuivat sairaalaan. Sternin Lehi-”yhteyshenkilö” Hisia Shapiro arveli eräänä aamuna, että häntä oli ehkä seurattu, ja lopetti viestien tuomisen. Helmikuun 12. päivänä 1942 hän toi viimeisen viestin Haganahilta, joka tarjoutui majoittamaan Sternin koko sodan ajaksi, jos tämä luopuisi taistelusta brittejä vastaan. Stern antoi Shapirolle vastauskirjeen, jossa hän kieltäytyi turvasatamasta ja ehdotti Lehin ja Haganahin yhteistyötä brittien vastaisessa taistelussa. Pari tuntia myöhemmin brittiläiset etsivät saapuivat tutkimaan asuntoa ja löysivät siellä piileskelevän Sternin. Erään ”Lehin” jäsenen äiti oli se, joka epähuomiossa johdatti poliisit Sternin piilopaikan luo Tel Avivissa. Kaksi naapuria tuotiin todistamaan etsinnän asianmukaisuus. Kun he olivat lähteneet, myös Tova Svorai vietiin pois, joten Stern jäi yksin kolmen aseistetun poliisin kanssa. Sitten Stern ammuttiin kuoliaaksi olosuhteissa, jotka ovat edelleen kiistanalaisia.
Poliisin Britannian pakolliselle hallitukselle laatimassa ”salaisimmassa” raportissa sanottiin: ”Stern oli … juuri lopettamassa kenkiensä nauhoittamista, kun hän yhtäkkiä hyppäsi vastapäiseen ikkunaan. Hän oli puolivälissä ikkunasta, kun kaksi huoneessa olleista kolmesta poliisista ampui hänet.” Apulaiskomisario Geoffrey J. Morton, vanhin paikalla ollut poliisi, kirjoitti myöhemmin muistelmissaan, että hän oli pelännyt Sternin aikovan laukaista räjähteen, kuten hän oli aiemmin uhannut tehdä, jos hänet vangittaisiin.
Poliisiversion hylkäsivät Sternin kannattajat ja muutkin, jotka uskoivat, että Stern oli ammuttu kylmäverisesti. Morton haastoi menestyksekkäästi oikeuteen neljä kirjojen kustantajaa, jotka väittivät hänen murhanneen Sternin, mukaan lukien The Revolt -kirjan englantilainen kustantaja, joka sopi asian kuulematta kirjailijaa Menachem Beginiä, joka halusi mennä oikeuteen. Lehi yritti epäonnistuneesti salamurhata Mortonin ainakin kolme kertaa. Binyamin Gepner, entinen Lehin jäsen, joka vuonna 1980 haastatteli toista poliisia Stewartia, joka oli ollut läsnä Sternin kuoleman yhteydessä, sanoi, että Stewart oli käytännössä myöntänyt Sternin murhan, mutta kieltäytyi myöhemmin toistamasta sitä. Poliisi Bernard Stamp, jonka ase tähtäsi Sterniä Mortonin saapumiseen asti, sanoi Israel Radion vuonna 1986 lähettämässään haastattelussa, että Mortonin kertomus oli ”hölynpölyä”. Stampin mukaan Morton veti Sternin sohvalta, jolla tämä istui, ”tavallaan tönäisi häntä, pyöräytti hänet ympäri ja Morton ampui hänet”. Stampia on siteerattu sanomalla, että Stern tapettiin aseettomana, eikä hänellä ollut mahdollisuutta paeta.
Tova Svorai muisteli muistelmissaan:
”Noin kello 21.30 oveen koputettiin, liian hellästi, jotta se olisi voinut olla merkki poliisin läsnäolosta. Yair… meni komeroon, ja vasta sitten avasin oven. Ovella seisoi ”hyvä” etsivä Wilkins ja kaksi miestä hänen takanaan. Wilkins oli aina hyvin kohtelias, ehkä liiankin kohtelias. Hän kysyi minulta, miksi en ollut mennyt tapaamaan miestäni Moshea ja olinko huolissani hänestä. Kerroin hänelle, että jos olisin mennyt sairaalaan, minut olisi pidätetty välittömästi. He tutkivat huoneeni… sitten he menivät alakertaan ja toivat kaksi naapuria, naisia, jotta heillä olisi todistajia… he menivät komerolle… toinen poliiseista avasi sen. Yairia ei näkynyt missään. Poliisi työnsi vasemman kätensä kaappiin ja alkoi tutkia, ja kun hänen kätensä osui Yairiin, hän veti hänet ulos. Samalla hän työnsi oikean kätensä takataskuunsa ja otti esiin aseensa. Juoksin hänen ja Yairin väliin ja sanoin: ”Älä ammu! Jos ammut, ammut minut” …. Viattomuudessani luulin pelastaneeni Yairin hengen… Kuinka väärässä olinkaan. He pakottivat hänet istumaan sohvalle…lisää etsiviä ilmestyi, heillä oli käsiraudat ja he sitoivat niillä Yairin kädet selän taakse….he käskivät minun pukeutua ja mennä alakertaan…nousin pieneen autoon…yhtäkkiä kuulin kolme laukausta”.
Hänen poikansa Yair, joka syntyi muutama kuukausi Sternin murhan jälkeen, on veteraanitoimittaja ja tv-uutisankkuri, joka johti aikoinaan Israel Televisionia. Hänen pojanpoikansa Shay toimi myös mediapersoonana ja juontajana Israelissa.