Paweł Andrejew został aresztowany przez NKWD w Wilnie w październiku 1940 roku, podczas tzw. drugiej okupacji sowieckiej Wilna. Po ataku Niemiec hitlerowskich na Polskę Andrejew został 23 czerwca 1941 przewieziony w transporcie więźniów z więzienia na Łukiszkach w Wilnie w głąb Rosji i od 3 lipca 1941 osadzony w więzieniu numer 1 w Gorkim (nazwa od 1932 r.; przedtem i obecnie Niżny Nowogród), gdzie więziono wielu Polaków. W sierpniu 1941 roku większości uwięzionych udaje się wydostać do formowanej wtedy Armii Andersa, Andrejew pozostaje jednak w więzieniu.
W lutym 1942 roku wytoczono Andrejewowi proces zarzucając mu wrogie nastawienie do ZSRR. Po krótkim procesie 9 lutego 1942 Andrejew został skazany na karę śmierci, a jego odwołanie (proces sowiecki odbywał się bez adwokata) uwzględniono o tyle, że zmieniono paragraf podstawy skazania, ale nie sam wyrok. Paweł Andrejew został rozstrzelany w więzieniu w Gorkim 16 marca 1942. Nieznane jest miejsce jego pochówku. Po wojnie władze radzieckie przez szereg lat utrzymywały, że Paweł Andrejew został zwolniony z więzienia w czasie formowania Armii Andersa i wraz z Wojskiem Polskim ewakuował się do Pahlevi w Iranie.