Po podpisaniu 22 września 1939 roku układu o kapitulacji miasta przed Armią Czerwoną, zgodnie z rozkazem dowództwa stawił się na terenie lwowskiej Cytadeli, gdzie został wzięty do niewoli sowieckiej. Niewola sowiecka, śledztwo i śmierć Kazimierz Szpądrowski został skierowany do obozu jenieckiego w Starobielsku, co potwierdziła korespondencja z rodziną z grudnia 1939 roku. Pod koniec stycznia 1940 roku ostatni list żony Haliny powrócił z adnotacją o opuszczeniu obozu przez adresata. Mjr Szpądrowski figurował na liście jeńców zaginionych w ZSRR, opublikowanej po wojnie przez Adama Moszyńskiego oraz w zestawieniu Ośrodka KARTA i wydawnictwa Alfa. W styczniu 1940 roku na terenie obozu NKWD zidentyfikowało Szpądrowskiego jako oficera II Oddziału Sztabu Głównego, co przesądziło o wyłączeniu go z ogólnego kontyngentu jeńców i przetransportowaniu do więzienia na Lefortowie w Moskwie. Formalnego aresztowania dokonano 26 lipca 1940 roku. W okresie od 7 lutego do 18 października 1940 roku został poddany 9 intensywnym przesłuchaniom prowadzonym przez śledczych NKWD, którzy usiłowali wydobyć informacje o strukturze, sieci agenturalnej i metodach polskiego wywiadu.