Уже в середине февраля с Митрофана взяли подписку о невыезде из Воронежа. В составленной по этому случаю анкете он выразил своё отношение к декрету об отделении церкви от государства: для государства он считал декрет закономерным, а для церкви полезным. Вскоре против Митрофана подготовили обвинительное заключение в антисоветской деятельности, где говорилось: «В распоряжениях епископа Митрофана видна планомерная деятельность, направленная против живоцерковников, коммунистов и существующих новых порядков в гражданской жизни. Во всех церквях Воронежа идут разговоры о доблестном спасителе веры, который де не боится коммунистов и готов принять венец мученика за веру». Митрофану было предложено уехать из Воронежа, в противном случае ему угрожал арест. В ответ 13 марта 1924 г. Митрофан подал в ОГПУ заявление, в котором сообщил, что долг перед Господом не даёт ему возможности оставить паству только ради того, чтобы избежать заключения и спасти свою жизнь. 22 марта Митрофан был арестован и заключён в тюрьму. Допросы носили формальный характер, виновным Митрофан себя не признал. Воронежский губотдел ОГПУ передал дело в Особое совещание, предлагая отправить епископа на три года в Архангельский лагерь. Митрофан был этапирован в Москву и помещён в Бутырскую тюрьму, однако окончательный приговор долго не выносился. Епископ даже был на время освобождён под подписку о невыезде из Москвы. Приговор Особого совещания ОГПУ последовал только 19 июня 1925 г. Митрофан был приговорён к высылке на три года в Оренбургскую губернию. В феврале 1928 г. ему был предоставлен свободный выбор места жительства. Некоторое время Митрофан проживал в Даниловом во имя преподобного Даниила Столпника московском мужском монастыре. В 1931 г. назначен епископом Бакинским и Прикаспийским, фактически руководил только Успенской православной общиной. Из-за запрета властей служил редко, но часто исповедовал и проводил беседы на темы Священного Писания. 29 января 1933 г. был арестован в Баку по обвинению в контрреволюционной деятельности за произнесение Слова в память императора Петра I и поминовение его имени на панихиде. 7 мая того же года приговорён к трём годам тюремного заключения. 23 января 1934 г. был освобождён при условии, что он уедет из Азербайджана, однако почти в течение года, до самой смерти, оставался в Баку, проживал в домах верующих. Был похоронен на бакинском городском кладбище в Чемберекенде. 21 декабря 2008 г. прах Митрофана был перезахоронен в крипте кафедрального собора во имя святых Жён-мироносиц в Баку.