En todo el país aparecieron carteles de «Se busca» con un precio por la cabeza de Stern. Stern vagaba de casa segura en casa segura en Tel Aviv, llevando un catre plegable en una maleta. Cuando se le acababan los escondites, dormía en los huecos de las escaleras de los apartamentos. Finalmente, se instaló en un apartamento de Tel Aviv alquilado por Moshe y Tova Svorai, que eran miembros de Lehi. Moshe Svorai fue capturado por detectives británicos que asaltaron otro apartamento, donde dos miembros de Lehi murieron a tiros, y Svorai y otro herido fueron hospitalizados. El «contacto» de Stern con el Lehi, Hisia Shapiro, pensó que podría haber sido seguido una mañana y dejó de llevar mensajes. El 12 de febrero de 1942, llegó con un último mensaje, de la Haganá, en el que se ofrecía a albergar a Stern durante toda la guerra si abandonaba su lucha contra los británicos. Stern respondió a Shapiro con una carta en la que declinaba el refugio y sugería la cooperación entre Lehi y la Haganá en la lucha contra los británicos. Un par de horas más tarde llegaron detectives británicos para registrar el apartamento y descubrieron a Stern escondido allí. Fue la madre de uno de los miembros de «Lehi» quien condujo inadvertidamente a la policía hasta el escondite de Stern en Tel Aviv. Dos vecinos fueron llevados para dar fe de la corrección del registro. Cuando se marcharon, también se llevaron a Tova Svorai, de modo que Stern se quedó solo con tres policías armados. Entonces, en circunstancias que siguen siendo discutidas hoy en día, Stern fue asesinado a tiros.
El informe «más secreto» realizado por la policía al gobierno obligatorio británico decía: «Stern estaba… terminando de atarse los zapatos cuando de repente saltó hacia la ventana de enfrente. Estaba a medio camino de la ventana cuando le dispararon dos de los tres policías que estaban en la habitación». El superintendente adjunto Geoffrey J. Morton, el policía de mayor rango presente, escribió más tarde en sus memorias que había temido que Stern estuviera a punto de activar un artefacto explosivo, como había amenazado previamente con hacerlo si era capturado.
La versión de la policía fue desestimada por los seguidores de Stern y otras personas, que creían que Stern había sido disparado a sangre fría. Morton demandó con éxito a cuatro editores de libros que afirmaban haber asesinado a Stern, incluido el editor inglés de La revuelta, que llegó a un acuerdo sin consultar al autor, Menachem Begin, que quería acudir a los tribunales. Lehi intentó sin éxito asesinar a Morton al menos tres veces. Binyamin Gepner, un antiguo miembro de Lehi que en 1980 entrevistó a otro policía, Stewart, que había estado presente en la muerte de Stern, dijo que Stewart había admitido efectivamente que Stern había sido asesinado, pero que después se negó a repetirlo. El policía cuya pistola apuntó a Stern hasta que llegó Morton, Bernard Stamp, dijo en una entrevista de 1986 emitida por Radio Israel, que el relato de Morton era una «tontería». Según Stamp, Morton sacó a Stern del sofá en el que estaba sentado, «lo empujó, lo hizo girar y Morton le disparó». Stamp ha sido citado diciendo que Stern fue asesinado mientras estaba desarmado sin posibilidad de escapar.
Tova Svorai recordó en sus memorias:
«Alrededor de las 9:30 hubo un golpe en la puerta, un golpe demasiado suave para señalar la presencia de la policía. Yair… se metió en el armario, y sólo entonces abrí la puerta. En la puerta estaba el «buen» detective Wilkins con dos hombres detrás de él. Wilkins era siempre muy educado, demasiado tal vez. Me preguntó por qué no había ido a visitar a mi marido Moshe y si no estaba preocupada por él. Le dije que si hubiera ido al hospital me habrían detenido inmediatamente. Registraron mi habitación… luego bajaron y trajeron a dos vecinas, mujeres, para que tuvieran testigos… fueron al armario… uno de los policías lo abrió. Yair no estaba en ninguna parte. El policia metio su mano izquierda en el armario y comenzo a buscar, y cuando su mano llego a Yair lo saco. Al mismo tiempo, metió la mano derecha en el bolsillo trasero y sacó su pistola. Corrí entre él y Yair y le dije «¡No dispares! Si disparas, me disparas a mí»…. en mi inocencia pensé que había salvado la vida de Yair… qué equivocado estaba. Le hicieron sentarse en el sofá…aparecieron más detectives, tenían esposas y las usaron para atar las manos de Yair a la espalda….me dijeron que me vistiera y bajara…me subí a un coche pequeño…de repente oí tres disparos».
Su hijo, Yair, nacido unos meses después del asesinato de Stern, es un veterano periodista y presentador de noticias de televisión que en su día dirigió la Televisión de Israel. Su nieto Shay, también fue personalidad de los medios de comunicación y presentador en Israel.