W 1933 powrócił z zesłania do miasta Gżatskie, w którym przeżył jednak tylko rok. Aresztowany ponownie 14 czerwca 1934 i uwięziony na Butyrkach, po czym skazany na trzyletnie zesłanie do Kazachstanu. Tam również umożliwiono mu prowadzenie szerokiej korespondencji z przeciwnikami Sergiusza, któremu konsekwentnie odmawiał posłuszeństwa do końca życia. 24 czerwca 1937 został oskarżony o członkostwo w „kontrrewolucyjnej organizacji kościelnej” i skazany na śmierć wyrokiem trójki NKWD. Rozstrzelany pod Szymkentem razem z grupą innych kapłanów prawosławnych. Ze względu na brak oficjalnej wiadomości o jego śmierci część prawosławnych była przekonana, że Cyryl żył nadal; krążyły wiadomości, że zmarł dopiero w 1941, a przed śmiercią pogodził się z metropolitą Sergiuszem.
W sierpniu 2000 kanonizowany jako jeden z nowomęczenników rosyjskich. Wcześniej, od 1981, czcił go ówcześnie niekanoniczny Rosyjski Kościół Prawosławny poza granicami Rosji. O ile jednak Rosyjski Kościół Prawosławny podkreślał, że metropolita został kanonizowany ze względu na okoliczności śmierci i trwanie w wierze mimo kolejnych życiowych doświadczeń, równocześnie dystansując się od jego konfliktu z metropolitą Sergiuszem, Kościół Zagraniczny uznał również ten aspekt działalności Cyryla za godny pełnego naśladowania.