Straks erter den 14/26. desember 1825 ble han arrestert på vei til Tultsjin og etter et seks måneders langt fengselsopphold i Peter-Paulfestningen ble han dømt til døden ved hengning, trekking og kvartering. Dommen ble modifisert i metode, men den 13./25. juli 1826 ble han hengt. Ifølge en offiser vitnesmål sa Pestel innen avrettelsen de følgende profetiske ord: «Det man sår både må og kommer smått om senn å vokse opp».