После отречения Николая II от престола Е.С. Боткин не покинул царскую семью. 1 августа 1917 г. вместе с Николаем II, Александрой Фёдоровной и их детьми отправился в ссылку в Тобольск. Вместе с детьми Татьяной и Глебом, приехавшими к отцу в сентябре 1917 г. в Тобольск, Е.С. Боткин занимал две комнаты на первом этаже в доме купца Корнилова, отведённом для сопровождавших царскую семью людей. Утро и вечер Е.С. Боткин проводил с царской семьёй, днём принимал и посещал больных. 26 апреля 1918 г. выехал вместе с Николаем II, Александрой Фёдоровной и великой княгиней Марией Николаевной в Екатеринбург, где поселился вместе со всеми заключёнными в доме, ранее принадлежавшем инженеру Николаю Николаевичу Ипатьеву. В своём последнем неоконченном письме (к «Саше», вероятно, к брату А.С. Боткину) от 9 июля 1918 г. Е.С. Боткин писал о своей религиозной эволюции – от «индифферентизма» университетских лет к христианской вере. По его мнению, моральные принципы, усвоенные в университете, есть ступень к преодолению эгоизма и христианству. В ночь с 16 на 17 июля 1918 г. царская семья и их приближённые, в том числе Е.С. Боткин, были расстреляны в подвале дома Н.Н. Ипатьева. После первых выстрелов многие из жертв оказались ещё живы. Яков Михайлович (Янкель Хаимович) Юровский выстрелами в упор добил сначала цесаревича Алексея, затем Е.С. Боткина. В результате расследования, проведённого по поручению Александра Васильевича Колчака судебным следователем по особо важным делам Омского окружного суда Николаем Алексеевичем Соколовым, было установлено, что тела убитых уничтожили с помощью кислоты в неизвестном месте, останки царской семьи и их приближённых найдены не были. «Екатеринбургские останки», извлечённые Свердловской областной прокуратурой в 1991 г. из захоронения под Екатеринбургом, Русская церковь не считает возможным «принять с абсолютной достоверностью» как останки царской семьи и их приближённых. Правительственная комиссия наличие останков Е.С. Боткина в могиле под Екатеринбургом не установила, никто из представителей рода Боткиных для генетической экспертизы не привлекался. В 1981 г. Е.С. Боткин канонизирован решением архиерейского Собора РПЦЗ вместе с другими расстрелянными в доме Н.Н. Ипатьева – Романовыми, и их слугами. 16 октября 2009 г. Генеральная прокуратура Российской Федерации приняла решение о реабилитации 52 приближённых царской семьи, подвергшихся репрессиям, в том числе Е.С. Боткина. 3 февраля 2016 г. архиерейским Собором РПЦ было принято решение об общецерковном прославлении страстотерпца праведного Евгения врача. 25 марта 2016 г. на территории московской городской клинической больницы №57 епископом Орехово-Зуевским Пантелеимоном был освящён первый в России храм в честь праведного Евгения Боткина.