因患了痢疾，被秘密送到凤城县小蔡沟张家堡子一家张姓亲属家中养病，但被叛徒沈廷辅探知。5月30日晚，邓铁梅被沈廷辅带领的伪便衣暗杀队捕获。1934年9月28日夜，邓铁梅在日军百般劝降无效下被杀害。1935年中共发表的《八一宣言》中，称他是“为救国而捐躯的民族英雄”。1988年被中共追认为革命烈士。