Deputowany do Rady Najwyższej ZSRR I kadencji.

W okresie wielkiego terroru 22 listopada 1938 pozbawiony stanowiska i wykluczony z KC Komsomołu „za grubiańskie naruszanie wewnętrznej demokracji, bezduszno-biurokratyczny i nieprzyjazny stosunek do uczciwych pracowników Komsomołu, rozkład opieki moralnej, pijaństwo i bycie elementem obcym partii i Komsomołowi”.

29 listopada 1938 aresztowany przez NKWD, aresztowania dokonał osobiście Ławrientij Beria. Aresztowano wówczas większość członków KC Komsomołu. Według jednego ze źródeł Kosariew został oskarżony o spiskowanie z Nikołajem Jeżowem, odwołanym właśnie w tym czasie z funkcji komisarza ludowego NKWD. Aresztowany był okrutnie torturowany przez śledczego Szwarcmana, zarzucano mu m.in. szpiegostwo na rzecz Polski, nie przyznał się do winy. 22 lutego 1939 po dziesięciominutowym „procesie” skazany na śmierć „za przynależność do antyradzieckiej organizacji terrorystycznej” przez Kolegium Wojskowe Sądu Najwyższego ZSRR, wyrok wykonano następnego dnia. Ciało skremowano w krematorium na Cmentarzu Dońskim, prochy pochowano anonimowo.