Leber został aresztowany przez Gestapo 5 lipca 1944, zanim przeprowadzono zamach na Hitlera 20 lipca. 22 czerwca 1944, razem z Adolfem Reichweinem brał udział w naradzie z opozycjonistami komunistycznymi, przywódcami i , zaaranżowanej przez Ferdinanda Thomasa. Najprawdopodobniej w spotkaniu tym uczestniczył donosiciel Gestapo.
20 października 1944 odbył się pokazowy proces Lebera, Reichweina, i przez Trybunałem Ludowym (niem. Volksgerichtshof). Leber został skazany na karę śmierci, która została wykonana 5 stycznia 1945 w berlińskim więzieniu Plötzensee. Na krótko przed śmiercią, Leber pisał do przyjaciół:
Upamiętnienie thumb|Tablica pamiątkowa na Julius-Leber-Brücke Imieniem Juliusa Lebera nazwano: koszary w Berlinie-Weddingu (niem. Julius-Leber-Kaserne), berliński most w dzielnicy Schöneberg (niem. Julius-Leber-Brücke), stację S-Bahn w berlińskiej dzielnicy Schöneberg oraz sąsiadującą ulicę (niem. Leberstraße), koszary w Husum oraz jedną z ulic Lubeki (niem. Dr.-Julius-Leber-Straße).