У камері смертників Вавілов пробув у цілому біля року. За цей час арештантів жодного разу не вивели на прогулянку. Їм було заборонено листуватися з рідними, одержувати передачі. Їх не випускали в лазню і навіть не давали мило для умивання в камері. До весни 1942 року стан Вавілова погіршилося, і він важко занедужав цингою. 25-го квітня 1942 року Вавілов пише несамовитий лист Берии, у якому благання про повернення до праці. "Прошу і благаю Вас про зм'якшення моєї долі, про з'ясування моєї подальшої долі, про надання роботи з моєї спеціальності, хоча б у скромнейшем виді...". Вавілов просить також дозволу побачитися з чи родиною хоча б що-небудь довідатися про неї. Але навесні 1942 року у в'язниці розігралася епідемія дизентерії. Занедужав і Вавілов. Але і цей іспит не було для нього останнім. До двох академіків Вавілову і Лупполу, посадили якогось божевільного, котрий, пускаючи в хід куркулі і зуби, віднімав у них ранкову пайку хліба. У цей час у Саратову жила, що оселилася у своєї сестри - учительки, дружина Вавілова, доктор біологічних наук Е. І. Барулина. Але про те, що чоловік її в Саратову, вона не знала. Вавілов теж нічого не знав про дружину. Як не знав і про те, що в травні 1942 року, був обраний членом Лондонського королівського суспільства.
Тим часом 13-го червня 1942 року заступник народного комісара внутрішніх справ В. М. Меркулов пише голово військової колегії Верховного суду СРСР Ульріху про Вавілова і Лупполе: "Через те, що зазначені засуджені можуть бути використані на роботах, що мають оборонне значення, НКВД СРСР клопочеться про заміну їм вищої міри покарання висновком у виправно-трудовому таборі НКВД терміном на 20 років кожному". Президія Верховної Ради СРСР швидко прийняв постанову. Легко собі представити, з якою радістю Вавілов писав: "Сьогодення постанова мені оголошено 4-го липня 1942 року". Здавалося, усі буде добре. Вавілова і Луппола з підвалу перевели в загальну камеру на 1-ом поверсі. Незабаром відправили в табір Луппола. Але Вавілов так і не дочекався цього бажаного для нього тепер табору. Він занедужав дизентерією і 24-го січня 1943 року попадає в тюремну лікарню, а через 2 дні його не стало.
Не дивлячись на життєву трагедію Вавілова М.І. його вчення сьогодні продовжує розвиватися, його праці всесвітньо відомі, присуджуються премії та стипендії під його ім’ям. Пам'ять про – це пам'ять великого вченого-біолога, який прагнув істини не зважаючи на будь-що. Внесок Вавілова у світову генетику важко переоцінити.