Müller ble siste gang bekreftet sett i Førerbunkeren om kvelden 1. mai 1945, dagen etter Hitlers selvmord. Hitlers pilot Hans Baur har senere gjengitt at Müller uttalte: «Vi kjenner nøyaktig russernes metoder. Jeg har ikke den minste intensjon om å la meg ta til fange av russerne». Etter dette har det ikke vært mulig å finne noen spor etter ham og han er den høyest rangerte fra det nasjonalsosialistiske regimet som har en ukjent skjebne. Mulige forklaringer som er lansert på hva som senere hendte med ham, er blant de følgende: At han ble drept, eller begikk selvmord, under kaoset ved Berlins fall, og at liket aldri ble funnet. At han greide å flykte fra Berlin til et trygt gjemmested, i så fall sannsynligvis i Sør-Amerika, hvor han levde resten av livet skjult for alle og at hans identitet heller ikke ble avslørt da ha døde. At han ble rekruttert og gitt en ny identitet av enten USA eller Sovjetunionen og arbeidet for dem under den kalde krigen, og at dette aldri senere har blitt avslørt.