Весной 1927 года архиепископ Петр прибыл в Соловецкий концлагерь с десятилетним сроком. Он был определен в 4-ю роту 1-го отделения, располагавшуюся в стенах Соловецкого кремля. Здесь он работал сначала сторожем, а потом счетоводом на продовольственном складе, где трудилось одно духовенство. Жил он тут же, в маленькой комнате рядом со складом, где принимал всех, кто желал его видеть и с ним побеседовать, поил чаем и кормил. Вскоре лагерной администрации было донесено, что в комнате архиепископа Петра собирается духовенство, и он был отправлен на Троицкую штрафную командировку 6-го отделения, находившуюся на острове Анзер.
В конце января 1929 года архиепископ Петр отправил оттуда последнее письмо, в котором как будто подвëл итог своей жизни:
«Поздравляю тебя, отец Митрофан, и всех с праздником Сретения Господня и молитвенно желаю всем здравия, спасения и всяких милостей Божиих. В этот день исполнится уже десять лет со дня моей хиротонии, а потому в этот день прошу особенно помолиться за меня, да сотворит Господь со мною Свою милость, да дарует мне еще послужить святой Церкви терпением, перенесением безропотным всех скорбей и напастей, покорностью воле Божией, смирением, любовью к ближним, наипаче к моей пастве, и молитвами за нее. А если Бог пошлет по мою душу, то и смертью вдали от близких сердцу.
Много мыслей теснится в моей душе, но тесна и мала для них открытка, а потому я и не делюсь ими с вами, хотя бы и желалось. По милости Божией за молитвы многих я пока жив и сравнительно здоров, если не считать ревматических болей в костях. А тяжело и грустно вдали от могилки отца Иннокентия (Беды). Молитвенно вспоминал я его, благодаря Господа за то, что Он избавил его от этой жизни и вселил его там, идеже несть болезнь, печаль и воздыхание...
У нас начались порядочные морозы, и зима вступила в свои права... Я по-прежнему живу в уединенном и пустынном месте, за все благодаря Господа и во всем смиренно покоряясь воле Его. Прошу тебя быть смиренным, не думать о себе высоко, молиться Господу и не впадать в обольщение и прелесть лукавого, который силится прельстить, аще возможно, и избранных, по слову Господа. Мир ти и всем».
Через несколько дней архиепископ Петр заболел тифом и был увезен в больничный изолятор СЛОНа, устроенный в церкви Распятия Господня на горе Голгофа. 7 февраля в праздник иконы Божией Матери «Утоли мои печали» в семь часов вечера владыка скончался. Перед смертью он написал на стене карандашом: «Жить я больше не хочу, меня Господь к Себе призывает».
Во время эпидемии тифа заключëнных хоронили сотнями в огромных ямах. Однако нашлись люди, которые добились разрешения похоронить владыку отдельно напротив алтаря Воскресенской церкви. Три священника на простыне подняли тело архиепископа Петра из общей могилы, расчесали волосы, отерли лицо и начали прямо на снегу облачать. Он был белый и мягкий, как будто только что умер. Облачили владыку в лиловую новую мантию, клобук, омофор, дали в руки крест, четки и Евангелие и отслужили панихиду.
Около могилы собралось около двадцати человек. Они опустили тело священномученика в могилу, поставили на ней крест и сделали надпись. Один из хоронивших архиепископа священников рассказывал впоследствии, что, когда зарыли могилу, над ней стал виден столп света, в нем явился владыка и всех благословил.
