Quân của Lê Chiêu Tông giải Nguyễn Sư đi rao ngoài đường. Trước khi chết, ông làm bài thơ tuyệt mệnh như sau:

Bản dục hưng Chu cứu vạn dânThuỳ tri thiên ý bất tùy nhânÔ Giang thuỷ khoát nam đông độXích Bích phong cao dị bắc phầnVân ám Ninh Sơn long khứ viễn,Nguyệt minh phúc địa hạc lai tầnAnh hùng thành bạn cổ lai hữuĐãn hận binh sinh chí vị thân.Dịch:Những toan phục nước cứu muôn dânTrời chẳng chiều người cũng khó phầnSông rộng, Giang Đông khôn trở gótGió to, Xích Bích dễ thiêu quânNinh Sơn mây ám rồng xa khuấtPhúc địa trăng soi hạc tới gần.Anh hùng thành bại xưa nay vậyChí đời chưa thoả hận vô ngần

Sau đó Nguyễn Sư cùng Lê Do bị vua Quang Thiệu xử tử. Không rõ ông bao nhiêu tuổi.