År 1905 utnämndes Trepov till överbefälhavare i rysk-japanska kriget, men avböjde detta och utsågs då till generalguvernör i Sankt Petersburg med utomordentlig maktbefogenhet och till inrikesministerns adjoint. Under gatukravallerna den "blodiga söndagen" 1905 gjorde han sig sorgligt ryktbar genom sin hänsynslöshet. Samma år utsattes han för ett attentat, som i stället dödligt sårade general Sergej Kozlov. Kort därpå dog han plötsligt. Misstankarna om självmord vederlades dock genom obduktionen.