Неўзабаве пасля нападу Германіі на СССР войска вермахта 30 чэрвеня 1941 занялі Львоў. Казімеж Барталь быў арыштаваны праз два дні. Першыя часы яго трымалі ў адносна неблагіх умовах — дазвалялася адпраўляць і прымаць пісьмы, а таксама абеды ад жонкі. Аднак прыкладна 21 ліпеня яго перавялі ў турму гестапа на Лонцкага, дзе ўмовы былі значна больш суровымі. Нацысты прапанавалі Барталю сфарміраваць і ўзначаліць польскі марыянетачны ўрад. Той адмовіўся і па загадзе Гімлера быў расстраляны 26 ліпеня 1941 года неўзабаве пасля масавых пакаранняў смерцю яго калегаў. Месца яго пахавання застаецца невядомым. Страшныя сведчанні сведкаў пра забойства Казімежа Бартала і яго калегаў знаходзяцца ў матэрыялах Нюрнбергскага працэсу.