I 1920, etter at Sovjetunionen hadde tatt kontroll i regionen, meldte Bukeikhanov seg inn i kommunistpartiet og vendte tilbake til sine vitenskapelige gjøremål. Hans tidligere politiske liv gjorde imidlertid myndighetene mistenksom mot ham, og han ble arrestert både i 1926 og i 1928, mistenkt for kontrarevolusjonær virksomhet. Han satt fengslet i Butyrka-fengselet i Moskva, men ble satt fri igjen på grunn av manglende bevis. I 1930 ble han forvist til Moskva hvor han ble arrestert på nytt i 1937. Han ble dømt til døden og henrettet samme år.