Az egész országban körözési plakátok jelentek meg Stern fejére kitűzött vérdíjjal. Stern Tel-Avivban menedékházról menedékházra vándorolt, egy bőröndben összecsukható priccset cipelve. Amikor kifogyott a rejtekhelyekből, lakóházak lépcsőházaiban aludt. Végül egy tel-avivi lakásba költözött, amelyet Moshe és Tova Svorai bérelt, akik a Lehi tagjai voltak. Moshe Svorai-t brit nyomozók fogták el, akik rajtaütöttek egy másik lakáson, ahol két Lehi-tagot agyonlőttek, Svorai-t és egy másik sebesültet pedig kórházba szállítottak. Stern Lehi “kapcsolattartója”, Hisia Shapiro egy reggel úgy gondolta, hogy talán követik, és nem hozott több üzenetet. 1942. február 12-én egy utolsó üzenettel érkezett, a Haganah-tól, amelyben felajánlotta, hogy a háború idejére szállást ad Sternnek, ha feladja a britek elleni harcot. Stern válaszlevelet adott Shapiro-nak, amelyben elutasította a menedéket, és együttműködést javasolt a Lehi és a Haganah között a britek elleni harcban. Néhány órával később brit nyomozók érkeztek, hogy átkutassák a lakást, és felfedezték az ott rejtőzködő Sternt. Az egyik “Lehi” tag édesanyja volt az, aki véletlenül elvezette a rendőröket Stern tel-avivi rejtekhelyéhez. Két szomszédot is bevittek, hogy tanúsítsák a házkutatás megfelelőségét. Miután elmentek, Tova Svorai-t is elvitték, így Stern egyedül maradt három fegyveres rendőrrel. Ezután, máig vitatott körülmények között, Sternt agyonlőtték.
A rendőrség által a brit kötelező kormánynak készített “legtitkosabb” jelentés szerint: “Stern … éppen befejezte a cipőfűzését, amikor hirtelen a szemközti ablakhoz ugrott. Már félig kilépett az ablakon, amikor a szobában tartózkodó három rendőr közül kettő lelőtte”. Geoffrey J. Morton főfelügyelő-helyettes, a jelenlévő legidősebb rendőr később azt írta visszaemlékezéseiben, hogy attól tartott, Stern robbanószerkezetet készül felrobbantani, ahogy korábban azzal fenyegetőzött, ha elfogják.
A rendőrségi verziót Stern követői és mások elutasították, akik úgy vélték, hogy Sternt hidegvérrel lőtték le. Morton sikeresen beperelt négy könyvkiadót, amelyek azt állították, hogy ő gyilkolta meg Sternt, köztük a The Revolt angol kiadóját, amely a szerzővel, Menachem Beginnel való konzultáció nélkül egyezett meg, aki bírósághoz akart fordulni. A Lehi legalább háromszor sikertelenül próbálkozott Morton meggyilkolásával. Binyamin Gepner, a Lehi egykori tagja, aki 1980-ban kihallgatott egy másik rendőrt, Stewartot, aki jelen volt Stern halálakor, azt mondta, hogy Stewart gyakorlatilag elismerte Stern meggyilkolását, de később nem volt hajlandó ezt megismételni. Bernard Stamp, az a rendőr, akinek fegyverét Sternre szegezték, amíg Morton meg nem érkezett, egy 1986-ban az Izrael Rádióban sugárzott interjúban azt mondta, hogy Morton beszámolója “baromság”. Stamp szerint Morton lerántotta Sternt a kanapéról, amelyen ült, “valahogy meglökte, megpörgette, és Morton lelőtte”. Stampot idézték, aki szerint Sternt fegyvertelenül ölték meg, és esélye sem volt a menekülésre.
Tova Svorai emlékiratában így emlékezett vissza:
“Fél tíz körül kopogtattak az ajtón, túl halkan, hogy a rendőrség jelenlétét jelezze. Yair… bement a szekrénybe, és csak ezután nyitottam ki az ajtót. Az ajtóban a “jó” Wilkins nyomozó állt, mögötte két emberrel. Wilkins mindig nagyon udvarias volt, talán túlságosan is udvarias. Megkérdezte, miért nem látogattam meg a férjemet, Moshét, és hogy nem aggódom-e érte. Mondtam neki, hogy ha elmentem volna a kórházba, azonnal letartóztattak volna. Átkutatták a szobámat… aztán lementek a földszintre, és hoztak két szomszédot, nőket, hogy legyenek tanúk… odamentek a szekrényhez… az egyik rendőr kinyitotta. Yairt sehol sem lehetett látni. A rendőr a bal kezét bedugta a szekrénybe és kutatni kezdett, és amikor a keze Yairre ért, kihúzta őt. Ugyanakkor a jobb kezét a hátsó zsebébe dugta, és kivette a fegyverét. Közéje és Yair közé szaladtam, és azt mondtam: “Ne lőjön! Ha lősz, engem lősz le!” …. Ártatlanságomban azt hittem, hogy megmentettem Yair életét… mekkorát tévedtem. Leültették a kanapéra…több nyomozó jelent meg, bilincs volt náluk, és azzal hátrakötötték Yair kezét a háta mögött….azt mondták, hogy öltözzek fel és menjek le…beszálltam egy kis autóba…hirtelen három lövést hallottam.”.
A fia, Yair, aki néhány hónappal Stern meggyilkolása után született, veterán újságíró és televíziós hírbemondó, aki egykor az Izraeli Televíziót vezette. Unokája, Shay, szintén médiaszemélyiségként és műsorvezetőként szolgált Izraelben.