Po objęciu władzy przez koalicję Chjenopiasta został zmuszony do opuszczenia Polski 31 grudnia 1923, na emigracji kolejno w Budapeszcie, Wiedniu, Genewie i w Paryżu.
Zamordowany przez zamachowca Szolema Szwarcbarda 25 maja 1926 roku. Zginął najpewniej z inspiracji OGPU, choć kwestia inspiracji zamachu nie została wyjaśniona jednoznacznie„Kulisy paryskiego zamachu pozostają do dziś niejasne. Bolszewicki udział w zbrodni – być może w formie inspirowania Schwartzbarda, wybranego jako ślepe narzędzie wydaje się oczywisty. (przypis) Taką opinię podziela większość badaczy, jest ona wszakże ufundowana na domysłach i poszlakach. Brakuje nadal dokumentów, które pozwoliłyby ostatecznie rozwiać wątpliwości”, Jan Jacek Bruski, Między prometeizmem a Realpolitik. II Rzeczpospolita wobec Ukrainy Sowieckiej 1921–1926, Kraków 2010, Wyd. Uniwersytet Jagielloński, , s. 333.. Szwarcbard podczas procesu w Paryżu utrzymywał, że morderstwa dokonał w akcie zemsty za wymordowanie jego rodziny na Ukrainie w okresie rządów Petlury i został przez ławę przysięgłych (i w konsekwencji sąd) uniewinniony.
Petlura został pochowany na paryskim cmentarzu Montparnasse.