W latach II wojny światowej organizował tajne nauczanie, angażował się w działalność podziemną (m.in. ukrywał członków AK). Jego młodszy brat Józef, profesor anatomii, zginął w powstaniu warszawskim zastrzelony przez własowców.

Po wojnie, w 1948 r. został aresztowany w związku ze sprawą Stanisława Tatara. 11 grudnia 1949 został zamordowany lub zmarł na serce podczas brutalnego przesłuchania w areszcie śledczym MBP przy ul. Koszykowej 82a. Próbę wyjaśnienia okoliczności jego śmierci podjął Marek Wroński w książce pt. Zagadka śmierci profesora Mariana Grzybowskiego (2004).

Po aresztowaniu jego nazwisko zostało objęte cenzurą, zakazano cytowania go w publikacjach naukowych, a jego książki zostały wycofane z bibliotek. W 1956 lub 1957 r. został zrehabilitowany. Jego oficjalny pogrzeb odbył się dopiero w 1957 r. Został pochowany na Cmentarzu Wojskowym na Powązkach w Warszawie (kwatera D-1B-40).