14 марта 1912 года П. Н. Лебедева не стало. Он умер в 46 лет и был похоронен на Алексеевском кладбище. В 1935 году в связи с ликвидацией кладбища прах П. Н. Лебедева перенесен на Кладбище Новодевичьего монастыря.
На смерть П. Н. Лебедева откликнулся весь ученый мир. Было прислано много телеграмм и писем от выдающихся ученых, среди которых были Рентген, Нернст, Аррениус, Томсон, Варбург, Рубенс, Крукс, Кюри, Риги и другие.