Samme dag reiste han uventet tilbake til Stockholm. Holst ble kjørt med drosje fra Hamar av Paul Romstad, en lokal sjåfør fra Hedmark. Om morgenen den 27. juni 1945 ble Kai Holst funnet død, øverst i trappeoppgangen, i en boligblokk i Rindögatan 42 på Gärdet. Liket av Holst, skutt i høyre tinning, lå i en blodpøl øverst i trappeløpet, foran døren til heisrommet. Holst ble funnet av portnerkonen, som noen timer før hadde funnet Holsts ryggsekk og reiseveske utenfor gårdens inngang. Liket ble funnet med rundt 1200 svenske kroner og 1700 norske kroner på seg. Det var en betydelig sum på den tiden (tilsvarende mer enn svenske kroner i 2015), noe som synes å utelukke rovmord (mord for å stjele fra avdøde).