2 августа 1918 г. на епархиальном собрании под председательством Лаврентия было составлено воззвание духовенства к сельским приходам. В воззвании содержался призыв к клирикам разъяснять необходимость материальной поддержки духовенства, а к верующим – оказать материальную помощь школам для подготовки пастырей и бедным и престарелым священно- и церковнослужителям. Собрание призвало верующих облечься «во вся оружия Божия (Еф. 6:11), чтобы смело, безбоязненно выйти на дело строительства Церкви Нижегородской». Впоследствии эти слова были истолкованы властями как призыв к вооружённому выступлению. 10 августа 1918 г. поместный Собор утвердил Лаврентия своим членом, однако в соборных заседаниях он принять участия не смог из-за невозможности оставить епархию. В этот период Лаврентий писал патриарху Тихону (Беллавину) о том, что ему удалось посетить арестованных священнослужителей, однако «попытки получить разрешение на совершение в тюремной церкви богослужения не увенчались успехом…». 31 августа были расстреляны архимандрит Августин (Пятницкий), протоиерей Николай Васильевич Орловский и группа мирян. В то время как братия Оранского монастыря опасалась открыто поминать своего казнённого настоятеля, Лаврентий в Печерском монастыре совершил соборную панихиду по убиенным священнослужителям. 3 сентября Лаврентий был арестован сотрудниками нижегородской ЧК в Печерском монастыре. На допросе Лаврентий заявил, что «противосоветских» проповедей не произносил и «старался предупредить какие бы то ни было выступления против советской власти». Отвечая на вопрос о воззвании от 2 августа 1918 г., Лаврентий заметил, что если бы текст составлял лично он, то «воззвание несло бы характер гораздо мягче». Тем не менее, епископ заявил о готовности взять ответственность за воззвание на себя. Следственное дело было направлено на рассмотрение президиума Нижегородской ГубЧК, принявшей решение о расстреле обвиняемых. Лаврентию было объявлено о назначенной казни; он успел причаститься вместе с протоиереем Алексеем Александровичем Порфирьевым имевшимися у него Святыми Дарами. В ночь на 7 ноября 1918 г. Лаврентий, протоиерей А.А. Порфирьев и Алексей Борисович Нейдгардт были расстреляны. Исследователи полагают, что их спешили казнить до наступления годовщины Октябрьской революции, поскольку постановлением шестого чрезвычайного съезда советов от 6 ноября 1918 г. к празднику была приурочена амнистия. Через два дня тела Лаврентия и расстрелянных вместе с ним из здания ЧК были отвезены на Мочальный остров и сброшены в Волгу. Узнав о казни Лаврентия, патриарх Тихон (Беллавин) обратился в Совнарком с письмом, в котором просил объяснить причину расстрела. В Нижегородской ГубЧК был составлен документ, в котором заявлялось: «До тех пор всех этих господ архиереев Советская власть будет расстреливать, пока окончательно не сломит, не задавит преступную контрреволюционную деятельность высших иерархов среди низших своих соратников и среди всего народа». Лаврентий был прославлен архиерейским юбилейным Собором РПЦ 13–16 августа 2000 г. Имя Лаврентия было включено в Собор Нижегородских святых при его учреждении в 2008 г.