14 апреля 1682 года, в Страстную пятницу, по настоянию патриарха Иоакима, Аввакум был сожжён в деревянном срубе вместе со своими единомышленниками и соузниками — священником Лазарем, диаконом Феодором и иноком Епифанием. В литературе об Аввакуме можно часто встретить следующую мотивацию приговора о смертной казни пустозёрских страдальцев: «…за великия на царский дом хулы». Однако эти слова взяты не из официального документа, а из записок графа А.А. Матвеева, написанных уже после 1716 года. Что касается официального приговора о казни Аввакума и его соузников, то таковой до сих пор не обнаружен. Вполне возможно, что его попросту не было — расправа творилась втайне, чтобы не вызвать нового возмущения среди последователей древлего благочестия.
И подобные опасения были небезосновательны, как покажут последующие события весны — лета 1682 года. «Теперь мы знаем, что крещенская “замятня” была не случайным эпизодом, не актом отчаяния, не предприятием одиночек, — пишет А.М. Панченко. — Это было грозное предвестие знаменитой “Хованщины”, стрелецкого восстания весны и лета 1682 года. В нём переплелись социальные и конфессиональные мотивы. Активнейшим его участником был любимый ученик Аввакума, посадский человек из Нижнего Новгорода Семён Крашенинников, в иночестве Сергий».
К месту казни собрались пустозёрские жители — увидеть и услышать в последний час великих учителей древлеправославия, апостолов Заполярья, и попрощаться с ними. Протопоп Аввакум благословился у своего духовного отца инока Епифания, попрощался со своими соузниками и сам благословил их на предстоящий мученический подвиг. Книги свои и прочее скудное имущество они заранее раздали местным жителям и единомышленникам. Все четверо попрощались с народом и низко поклонились, после чего их привязали по четырём углам деревянного сруба. «И обложиша сруб весь смольем и берестом, и соломою, и смолою, и зажгоша огнем». Сруб запылал. Горевшие заживо мученики единогласно запели задостойник «Владычице, приими молитву раб Своих». В пламени костра Аввакум сумел высвободить руку и, сложив её в двуперстное крестное знамение, высоко поднял над собой, в последний раз обращаясь к народу: «Будете таким крестом молиться — во веки не погибнете!»
В «Сказании о кончине блаженного Епифания и прочих с ним страдальцев в Пустозерском городке, како скончалися» говорится о чуде, произошедшем в момент казни: «Огнь же велми возшуме и возгореся великим пламенем на воздухе; они же стояще в пламени и до конца допевше стих той, и поклонишася в землю, и пламень объят их. Народ же весь Пустозерскаго городка, около стояща, и воини, и неции боголюбивии мужие видеша из сруба и из пламени — отец инок Епифаний подняся на воздух, аки носим Божественною некою силою, в верх к небеси, и невидим бысть. Онии же указующе друг другу, и овыя видеша, а овии не видеша. И егда сгоре сруб, и пламень умалися, и обретоша страдалцев трех телеса не згоревша, токмо опалишася, протопопа Аввакума, и священника Лазаря, и диакона Феодора, и от риз их овыя части не сгореша; а отца Епифания не обретоша тела, ниже от риз его что обретше, и удивишася сему. И которые видевше преславное сие чюдо из сруба с пламенем отца Епифания на воздухе вознесенна в верх к небеси, сказавше свое видение, и начаша дивитися сему преславному Божию милосердию, и прославиша Бога, дивнаго в чюдесех Своих, яко и в нынешняя последняя времена Бог прославляет и укрепляет древлецерковное благочестие».
Перед смертью Аввакум предсказал скорую кончину царя Феодора Алексеевича. Пророчество это в точности сбылось: две недели спустя, 27 апреля 1682 года, молодой царь неожиданно скончался. Народ увидел в этом событии Божие возмездие за казнь пустозёрских страдальцев.
С казнью «великой четверицы» стояние за старую веру не закончилось. Зарево пустозёрского костра озарило и всколыхнуло всю Россию. На Дону, где проповедовал игумен Досифей, поднялось мощное народное движение за возвращение к древлеправославию. Начались выступления и в столице, а вскоре здесь вспыхнет знаменитая «Хованщина» — последняя попытка преодолеть раскол Русской Церкви и вернуть Московское государство к вере отцов. «Сожжение Аввакума также, вероятно, послужило толчком к выступлению в Москве. Аввакум был широко известен среди московского люда, в том числе и среди стрельцов, своими духовными посланиями. Он также был знаком и с князем Хованским. Пользуясь борьбой придворных партий и слабостью власти, князь Хованский и некоторые старообрядческие руководители с помощью стрельцов предприняли попытку восстановить старую истинную веру» (Безгодов). Однако этой попытке не суждено было увенчаться успехом…
После смерти Аввакума Анастасия Марковна до января 1693 года (с октября 1664-го) жила с семьёй в Холмогорах и в Окладниковой слободе на Мезени. При содействии князя В.В. Голицына семье Аввакума 4 января 1693 года царским указом было разрешено выехать с Мезени, и Марковна с сыновьями Иваном и Прокопием поселились в Москве. Около года она жила в Елохове у «свойственника своего», посадского человека Меркула Лукьянова, в приходе Богоявленской церкви, в последующее время проживала в собственном доме, в приходе Троицкой церкви, «что на Шаболовке», на участке капитана Якова Тухачевского. Умерла в 1710 году и погребена при той же церкви. В XIX веке её намогильная плита ещё сохранялась.
Старший сын Аввакума Иван вместе с братом Прокопием был освобождён 14 января 1693 года на «добрые поруки» в город Романов. До своего освобождения прослужил дьячком при церкви Богоявления Господня в Окладниковой слободе. Однако когда братья явились в Стрелецкий приказ, боярин И.Б. Троекуров «приказал им словесно жить в Москве свободно». Живя в Москве, Иван Аввакумович, по-видимому, выступал тайно в роли старообрядческого наставника. В 1717 году Иван был арестован по делу о «распространении раскола», осуждён «в Кирилов монастырь в вечное пребывание» и, измученный допросами и переездами, умер 7 декабря 1720 года в возрасте семидесяти шести лет, находясь в Петербурге в Петропавловской крепости за караулом. Прокопий, судя по всему, в 1717 году был ещё жив и проживал в Москве. Он отличался меньшей стойкостью в приверженности к старой вере. О судьбе других детей протопопа Аввакума нам ничего не известно.
В XVIII веке Пустозёрский острог пришёл в запустение и постепенно исчез с лица земли. Но память о страдальцах за старую веру долго ещё жила среди пустозёрцев; известно было и место, где они сгорели. На месте казни мучеников был поставлен памятный крест, который существовал ещё в начале XX века. Согласно надписи на нём, крест был поставлен «1788 года марта 1 дня… тщанием господина мезенского купца Петра Протопопова».
Последние жители покинули это место в 1960-х годах. Сегодня на месте Пустозёрска голый песок, мох да низкий кустарник. Лишь кое-где виднеются останки деревянных восьмиконечных крестов. Официально городище Пустозёрск является государственным памятником архитектуры под открытым небом. Ещё в 1960-е годы благодаря учёному-археографу, исследователю печорской старины В.И. Малышеву здесь был поставлен каменный обелиск исчезнувшему городу, сложенный из фундамента последней пустозёрской церкви. В 1989 году краевед из Нарьян-Мара Михаил Фещук вместе с товарищами собственноручно изготовили и установили памятный знак в честь мучеников за древлее благочестие — бревенчатый сруб, из которого поднимаются к небу две резные шестиметровые лиственницы, символизирующие двуперстие, увенчанные узорным навесом, удивительно напоминающим поморские намогильные кресты-голбцы. Между столбами на цепях подвешен колокол, звонящий в память о мучениках за старую веру. В 1991 году группа староверов-поморцев из Рижской Гребенщиковской общины установила древлеправославный восьмиконечный крест из лиственницы на месте сожжения пустозёрских отцов, а в 2007 году в Нарьян-Маре была построена и освящена старообрядческая часовня во имя протопопа Аввакума и пустозёрских мучеников, которую первоначально предполагали установить на месте казни пустозёрских страдальцев, но по ряду причин так этого сделать и не смогли. Возможно, это удастся в будущем, поскольку и в наши дни к этому поистине святому месту не иссякает поток паломников со всех концов России.