В 1939 году был мобилизован в Войско Польское, уже на второй день войны (2 сентября) Зигмунд встретил Марцинкевича в Вильно в военной форме. Через несколько месяцев в ходе столкновений с Красной армией был взят в плен, содержался в советском лагере НКВД под Старобельском, в письмах из лагеря просил выслать ему математическую литературу. Точное место и дата смерти остаются неизвестными, но считается, что Марцинкевич погиб вследствие катынского расстрела в Харькове. Его родители, которым он отдал рукописи ещё до начала Второй мировой войны, также были арестованы советскими властями в 1940 году и умерли от голода в одном из лагерей.