Sökta affischer dök upp över hela landet med ett pris på Sterns huvud. Stern vandrade från gömställe till gömställe i Tel Aviv med en hopfällbar säng i en resväska. När han fick slut på gömställen sov han i trappuppgångar till hyreshus. Till slut flyttade han in i en lägenhet i Tel Aviv som hyrdes av Moshe och Tova Svorai, som var medlemmar i Lehi. Moshe Svorai fångades av brittiska detektiver som gjorde en razzia i en annan lägenhet, där två Lehi-medlemmar sköts ihjäl och Svorai och en annan skadad fördes till sjukhus. Sterns Lehi-”kontakt”, Hisia Shapiro, trodde att hon kanske hade blivit förföljd en morgon och slutade att lämna meddelanden. Den 12 februari 1942 kom hon med ett sista meddelande, från Haganah, där hon erbjöd Stern husrum under hela kriget om han gav upp sin kamp mot britterna. Stern gav Shapiro ett svarsbrev där han avböjde den säkra tillflykten och föreslog ett samarbete mellan Lehi och Haganah i kampen mot britterna. Ett par timmar senare anlände brittiska detektiver för att genomsöka lägenheten och upptäckte att Stern gömde sig där. Det var modern till en av ”Lehi”-medlemmarna som oavsiktligt ledde polisen till Sterns gömställe i Tel Aviv. Två grannar hämtades för att intyga att husrannsakan var korrekt. När de hade gått fördes även Tova Svorai bort så att Stern var ensam med tre beväpnade poliser. Sedan, under omständigheter som fortfarande är omtvistade idag, sköts Stern ihjäl.
I den ”mest hemliga” rapport som polisen gjorde till den brittiska obligatoriska regeringen stod det: ”Stern var … just färdig med att snöra sina skor när han plötsligt hoppade mot fönstret mitt emot. Han var halvvägs ut genom fönstret när han sköts av två av de tre poliserna i rummet”. Assistant Superintendent Geoffrey J. Morton, den mest seniora polisen som var närvarande, skrev senare i sina memoarer att han hade fruktat att Stern var på väg att utlösa en sprängladdning, vilket han tidigare hade hotat med att göra om han tillfångatogs.
Polisens version avfärdades av Sterns anhängare och andra, som trodde att Stern hade blivit skjuten kallblodigt. Morton stämde framgångsrikt fyra förläggare av böcker som hävdade att han mördade Stern, däribland den engelska förläggaren av The Revolt, som gjorde upp utan att rådgöra med författaren, Menachem Begin, som ville gå till domstol. Lehi försökte utan framgång att mörda Morton minst tre gånger. Binyamin Gepner, en före detta Lehi-medlem som 1980 intervjuade en annan polis Stewart som hade varit närvarande vid Sterns död, sade att Stewart i praktiken hade erkänt att Stern hade mördats men senare vägrade att upprepa det. Den polisman vars pistol var riktad mot Stern tills Morton anlände, Bernard Stamp, sade i en intervju som sändes i Israel Radio 1986 att Mortons berättelse var ”svammel”. Enligt Stamp drog Morton Stern från soffan som han satt på, ”knuffade honom på något sätt, snurrade runt honom och Morton sköt honom”. Stamp har citerats för att ha sagt att Stern dödades när han var obeväpnad och inte hade någon chans att fly.
Tova Svorai minns i sina memoarer:
”Omkring klockan halv tio knackade det på dörren, ett alltför mjukt knackande för att signalera polisens närvaro. Yair … gick in i garderoben och först därefter öppnade jag dörren. Vid dörren stod den ’gode’ detektiven Wilkins med två män bakom sig. Wilkins var alltid mycket artig, för artig kanske. Han frågade mig varför jag inte hade åkt för att besöka min man Moshe och om jag inte var orolig för honom. Jag berättade för honom att om jag hade gått till sjukhuset skulle jag ha blivit arresterad omedelbart. De genomsökte mitt rum … sedan gick de ner för trappan och tog med sig två grannar, kvinnor, så att de kunde få vittnen … de gick över till garderoben … en av poliserna öppnade den. Yair var ingenstans att se. Polisen stack in sin vänstra hand i garderoben och började söka, och när hans hand kom på Yair drog han ut honom. Samtidigt stoppade han sin högra hand i bakfickan och tog fram sin pistol. Jag sprang mellan honom och Yair och sa: ”Skjut inte! Om du skjuter så skjuter du mig”…. I min oskuld trodde jag att jag hade räddat Yairs liv … så fel jag hade. De tvingade honom att sätta sig på soffan… fler detektiver dök upp, de hade handbojor och använde dem för att binda Yairs händer bakom ryggen…. de sa åt mig att klä på mig och gå ner för trappan… jag gick in i en liten bil… plötsligt hörde jag tre skott.”
Hans son, Yair, som föddes några månader efter Sterns mord, är en erfaren journalist och nyhetsankare på TV som en gång ledde Israel Television. Hans sonson Shay har också arbetat som mediepersonlighet och programledare i Israel.