Nguyễn Kim bị Trung Hậu hầu Dương Chấp Nhất đầu độc vào năm Ất Tỵ (1545). Trung Hậu hầu vốn là hàng tướng nhà Mạc, xuất thân hoạn quan, làm quan đến chức Chưởng bộ, nghe tin vua Lê Trang Tông nổi quân, liền dùng kế trá hàng, muốn hại vua Lê Trang Tông. Việc không thành, Trung Hậu hầu mời Thái tể Nguyễn Kim đến dinh, bỏ ngầm thuốc độc trong quả dưa dâng lên trước mâm cỗ. Nguyễn Kim tin thật, ăn dưa, bị trúng độc, đến khi về thấy trong người khó chịu rồi mất. Hôm đó là ngày 20 tháng 5 năm Ất Tỵ (1545), niên hiệu Nguyên Hòa thứ 14. Trung Hậu hầu liền trốn đi, sau lại về với Mạc Phúc Hải.[19] Vua Lê Trang Tông vô cùng thương tiếc, truy tặng là Chiêu huân tinh công, đặt tên thụy là Trung Hiến, sai quan đem về quê ở Tống Sơn mai táng.