Trong khoảng những năm 1937 - 1939, Karpechenko đã tham gia vào các cuộc tranh luận gay gắt với trường phái Lư-xen-cô (Лысе́нковщина) ở Liên Xô lúc đó, đứng đầu là Трофи́м Дени́сович Лысе́нко (Trofim Denisovich Lysenko).[1], [4], [5] Người đứng đầu trường phái này không chỉ là một Viện sĩ lãnh đạo Di truyền học Liên Xô thời đó, mà còn là người sáng lập Học thuyết Mi-tru-rin Lư-xen-cô (The theory of Michurin - Lysenko),[8] được lãnh tụ tối cao Josef Stalin ủng hộ, phản đối học thuyết Mendel, không thừa nhận học thuyết Mendel-Morgan - một học thuyết phản động (thuộc nước tư bản đế quốc), sáng lập bởi mục sư Mendel không phải là người vô thần.[9], [10]
Đỉnh cao của sự bất đồng khoa học này là vào khoảng năm 1938-1939, khi Karpechenko viết thư gửi một uỷ viên của Bộ Chính trị đương thời, trong đó đánh giá bản chất lí thuyết của Lư-xen-cô là "nguy hại cho khoa học và toàn bộ nông nghiệp", kèm theo chữ ký của 11 nhà khoa học.[4], [5] Sau đó ít lâu, khoa Di truyền thực vật của Đại học Lêningrat gần như bị giải thể, Karpechenko bị cách chức, rồi sa thải dần khỏi công việc.
Ngày 15 tháng 2 năm 1941, người ta đến nhà riêng của ông để bắt, nhưng ông không có nhà. Vợ và con gái Valentina 6 tuổi của Karpechenko đứng trong trời tuyết giá lạnh lo lắng chờ đợi suốt đêm đó, nhưng ông không bao giờ trở về nữa. Ông bị bắt rồi đưa ngay đến nơi giam giữ, về tội danh "chống lại các phương pháp nghiên cứu tiên tiến và những thành tựu có giá trị nhất của viện sĩ Lư-xen-cô nhằm đạt năng suất cao", và về tội danh tham gia "phá hoại chống chính quyền Xô Viết". Ngày 9 tháng 7 năm 1941, ông bị kết án tại Военной коллегией Верховного суда СССР (Tòa án quân sự tối cao Liên bang Xô viết) rồi bị xử tử 19 ngày sau đó lúc mới 42 tuổi - lứa tuổi đang ở đỉnh cao cống hiến. Người ta chôn thi thể ông ở Kommunarka (thuộc Moskva) vào ngày 28 tháng 7 năm 1941.[11] Một năm sau – vào mùa thu năm 1942, vợ ông tuyệt thực và tự tử trong trại tập trung Златоуст (Zlatoust) thuộc vùng Bắc Ural lạnh giá.[4], [12]
Đến 21 tháng 4 năm 1956, Chính phủ Liên Xô đã phục hồi toàn bộ danh dự cho ông, do phát hiện ra những chứng cứ giả của một nhóm "chống Liên Xô" âm mưu cáo buộc tập trung vào Nikolai Ivanovich Vavilov cùng một số người khác, trong đó có Karpechenko. Một số nhà viết sử Nga cho rằng cái chết của ông cũng như của Vavilov và nhiều người khác là kết quả thanh lọc nội bộ, liên quan đến những cuộc thanh trừng của Stalin,[4][7][11] trong bối cảnh Liên Xô đang tiến hành cuộc chiến tranh Vệ quốc chống Đức Quốc Xã ở giai đoạn khốc liệt.
