Lúc đó Trịnh Duy Sản bại binh chỉ còn 30 người. Duy Sản tập hợp tàn quân, cùng quân sĩ thề cùng nhau đánh giặc, xé áo làm dấu hiệu, rồi nhân lúc chiều tối chia nhau lẻn đến trại của Trần Tuân. Ông vừa đánh thắng quân triều đình nên chủ quan không phòng bị. Lúc đó Trần Tuân mặc áo đỏ ngồi trên giường. Duy Sản cùng 30 người đột kích vào thẳng trong trại, đến nơi Trần Tuân ngồi, đâm chết Trần Tuân.

Các thủ hạ của ông ở quanh trại vẫn chưa biết ông bị giết, vẫn đóng đồn như trước. Giết được Trần Tuân, Trịnh Duy Sản sai quân đốt 3 tiếng pháo làm hiệu, cánh quân đến tiếp ứng của Nguyễn Văn Lang xông tới đánh giết. Quân Trần Tuân tan vỡ, chạy tới xã Thụy Hương, Tảo Động[4], bị giết và chết đuối rất nhiều.

Bộ tướng của ông là Nguyễn Nghiêm rút chạy lên Sơn Tây rồi Hưng Hóa. Sang đầu năm 1512, quân triều đình truy kích đến nơi, các thủ hạ của ông đều được nhận hàng.

Không rõ Trần Tuân bao nhiêu tuổi. Dòng dõi của ông dời đến xã Yên Quyết Thượng huyện Từ Liêm và đổi sang họ khác.