Między 9 a 11 kwietnia 1940 został zamordowany w Katyniu przez funkcjonariuszy Obwodowego Zarządu NKWD w Smoleńsku oraz pracowników NKWD przybyłych z Moskwy na mocy decyzji Biura Politycznego KC WKP(b) z 5 marca 1940. Ofiary tej zbrodni grzebano potajemnie w bezimiennych mogiłach zbiorowych, gdzie od 28 lipca 2000 mieści się oficjalnie Polski Cmentarz Wojenny w Katyniu. W Lesie Katyńskim prowadzone były ekshumacje i prace archeologiczne. W 1943 jego ciało zostało zidentyfikowane w toku ekshumacji nadzorowanych przez Niemców pod numerem 3523, a przy zwłokach znaleziono legitymację oficerską MSWojsk., kartę szczepień w Kozielsku oraz pismo – poświadczenie służby wystawione przez Archiwum Wojenne. Figuruje na liście Komisji Technicznej PCK pod numerem 03523.

W swoich wspomnieniach Franciszek Bielak wymienił Gustawa Baumfelda w gronie doskonałych nauczycieli-filologów.