13 июля в доме Верзилиных оскорбленный карикатурами и эпиграммами Лермонтова Мартынов вызвал поэта на дуэль, которая и состоялась 15 (27) июля 1841 года у подножья горы Машук. Время шло к вечеру. Огромная черная туча поднималась из-за соседней горы Бештау. Лермонтов не отказался от дуэли, но предупредил секундантов, что как когда-то в случае с Барантом, выстрелит в воздух. Когда подали знак сходиться, Лермонтов остался на месте, взвел курок и поднял пистолет дулом вверх. Мартынов целился так долго, что Столыпин, секундант Лермонтова, не выдержал и крикнул: «Стреляйте, или я разведу вас!»
Раздался выстрел. Лермонтов был убит наповал. Разразилась гроза с сильным ливнем, лишь к вечеру тело Лермонтова было перевезено в домик на окраине Пятигорска. Узнав о дуэли, Николай I приказал «майора Мартынова посадить в Киевскую крепость на гауптвахту и предать церковному покаянию». Секунданты, впрочем, были прощены.
А в метрической книге Пятигорской Скорбященской церкви осталась короткая запись: «Тенгинского пехотного полка поручик Михаил Юрьев Лермонтов 27 лет убит на дуэли 15 июля, а 17 погребен, погребение пето не было». (Церковь в то время приравнивала смерть на дуэли к самоубийству.) В апреле 1842 года прах Лермонтова перевезли в Тарханы, где он и был погребен в часовне - фамильном склепе Арсеньев