Лермонтов не только не желал убить Мартынова, но он не хотел и самой этой дуэли. Он ясно осознавал, что если она состоится, то даже при бескровном исходе его будущее станет трагичным, и все мечты об отставке и литературной деятельности рухнут. После вызова Мартынова он заявил, что отказывается от своего выстрела. Но Мартынов был уже ослеплен накопившейся злобой к Лермонтову и категорически отказался от примирения. Он боялся, что, взяв вызов назад, он станет посмешищем для всего Пятигорска. Лермонтов прекрасно понимал, что, не стреляя в Мартынова, он ставит на карту собственную жизнь.
Дуэль состоялась 15 июля 1841 между 6 и 7 часами вечера.
Раз Лермонтов заранее отказался от своего выстрела, то, по сути, это был не поединок, а убийство. Когда перед дуэлью началась буря, то, Столыпин и Трубецкой, друзья и секунданты поэта, не успели подъехать к началу дуэли и не думали, что поединок начнется при грозе и проливном дожде, тем более до их приезда. Но Мартынов торопил Лермонтова, и тот принял дуэль при двух секундантах. И так получилось, что Глебов и Васильчиков стали одновременно секундантами и Лермонтова, и Мартынова.
Лермонтов не верил, что Мартынов будет стремиться убить его. Но дело в том, что Мартынов, вызвавший Лермонтова на дуэль, не имел права выстрелить в воздух, так как тогда поединок считался бы недействительным, фарсом, ведь оба не подверглись опасности. А если бы Мартынов стрелял явно не прицельно, мимо Лермонтова, то он стал бы посмешищем.
По сигналу секундантов дуэль началась при грозе и ливне. Лермонтов при виде торопливо шедшего к барьеру и целившегося в него из пистолета Мартынова, был шокирован. Не желая стрелять и не трогаясь с места, вытянул над головой руку с пистолетом дулом вверх. Мартынов, дойдя до барьера, выстрелил в Лермонтова. Пуля пробила грудь поэта навылет, вызвав его мгновенную смерть.