Z Inowrocławia księży przewieziono ciężarówkami do więzienia w Poznaniu, a potem pociągiem do Berlina, Halle, Weimaru i Norymbergi.

25 kwietnia 1941 umieszczono go w wydzielonym tylko dla księży i osób duchownych specjalnym bloku 28 znajdującym się w obozie koncentracyjnym w Dachau. Biskup otrzymał nr obozowy (24544) oraz pasiak z czerwonym trójkątem, oznaczającym więźnia politycznego. W obozie w wyniku wycieńczenia i głodu zapadł na tyfus. 17 stycznia jego stan znacznie się pogorszył i skierowano go do obozowego rewiru dla chorych. 26 stycznia 1943 pielęgniarz Josef Spiess podał mu śmiercionośny zastrzyk z fenolu, mówiąc „In Ewigkeit” (pol. „Na wieczność”). Zastrzyk spowodował śmierć biskupa. Cztery dni później 30 stycznia jego ciało zostało spalone w obozowym krematorium.

Dwa dni po śmierci Michała Kozala Polskie Radio Londyn podało ten fakt do wiadomości publicznej. Wywołało to duże zaniepokojenie Niemców, którzy obawiali się, że na terenie obozu w Dachau znajduje się ukryta radiostacja przekazująca aliantom informacje drogą radiową. Rodzinie odmówiono zwrotu rzeczy osobistych, a także wydania prochów, które rozsypano na terenie obozu. Księżom zakazano nawet modłów oraz odprawienia mszy.