امام دهم در زمان حکومت معتز عباسی مسموم شده و به شهادت رسید.[۹۹] ابن شهر آشوب بر این باور است که وی در اواخر حکومت معتمد مسموم و شهید شده است و از ابن بابویه نقل کرده که معتمد به او سم داده است.[۱۰۰]شیخ مفید گفته است او در ماه رجب سال ۲۵۴ق[۱۰۱]پس از ۲۰ سال و ۹ ماه اقامت در سامرا در ۴۱ سالگی از دنیا رفت.[۱۰۲] برخی منابع، شهادت وی را در ۳ رجب[۱۰۳] و برخی دیگر ۲۵ یا ۲۶ جمادی‌الثانی ذکر کرده‌اند.[۱۰۴]
امام حسن عسکری در تشییع جنازه پدر شرکت کرد جنازه را در جاده‌ای که برابر خانه موسی بن بغا بود قرار دادند. قبل از آنکه خلیفه عباسی در تشییع شرکت کند امام عسکری بر جنازه پدر نماز خواند. سپس آن را در یکی از خانه‌هایی که حضرت در آن زندانی بود، به خاک سپردند. گفته شده ازدحام جمعیت و گرمی هوا به قدری بود که پس از تشییع جنازه به امام عسکری فشار می‌آورد.[۱۰۵]