Епископ Онисим (Пылаев) был расстрелян 27 февраля 1938 года в Архангельске и погребен в безвестной общей могиле.
Во время Великой Отечественной войны Святейший Патриарх Сергий, в своем заявлении правительству от 27 октября 1943 года, не зная о гибели большинства из архипастырей Церкви, указывал имена представителей епископата, которых бы он желал видеть в Москве для работы в составе нового Синода, в том числе им был назван и Преосвященный Онисим.