Tras el fracaso de la sublevación en Madrid, Villegas fue detenido por las autoridades republicanas y puesto bajo custodia en la prisión Modelo. La madrugada del 23 de agosto fue asesinado por un grupo de milicianos anarquistas, que se había hecho a la fuerza con el control de la cárcel. Junto a él también fueron fusilados otros presos destacados como el general Osvaldo Capaz Montes o los dirigentes falangistas Fernando Primo de Rivera y Julio Ruiz de Alda.