Przywódca został przewieziony do Leopoldville, gdzie wojskowi bili go i upokarzali w obecności dyplomatów i dziennikarzy.
Początkowo umieszczony w więzieniu wojskowym w Thysville. Po buncie personelu wojskowego przeniesiono go do więzienia w Jadotville, w Katandze. Przenosiny odbyły się pod auspicjami Belgii. W znajdującej się pod kontrolą separatystów Katandze premiera spotkały dalsze upokorzenia. Był on bity przed kamerami telewizyjnymi. Według ustaleń holenderskiego dziennikarza Ludo De Witte, 17 stycznia 1961 Lumumba został przewieziony do lasu w okolicy Elisabethville w towarzystwie przywódcy separatystów z Katangi Moïse Tshombe, trzech belgijskich policjantów i belgijskiego komisarza policji Fransa Verscheure. Lumumba został rozstrzelany przez grupę żołnierzy pod nadzorem belgijskiego oficera.
Zabójstwo Lumumby wywołało ogromne oburzenie i masowe protesty na całym świecie. Belgia początkowo negowała swój udział w zabójstwie, w 2001 jednak rząd oficjalnie przyznał się do odpowiedzialności.
W 1966 prezydent Mobutu uznał go pośmiertnie za bohatera narodowego.