روز قبل از اعدام،خلیفه با بزرگان دربارش مشورت کرد که چگونه بابک را درشهر بگرداند و به مردم نشان بدهد تا همه بتوانند وی را ببینند.

بنا بر نظر یکی از درباریان قرار برآن شد که وی را سوار بر پیلی کرده در شهر بگردانند.

پیل را با حنا رنگ کردند و نقش و نگار برآن زدند؛ و بابک را در رختی زنانه و بسیارزننده و تحقیرکننده برآن نشاندند و درشهر به گردش درآوردند.

پس ازآن مراسم اعدام بابک با سروصدای بسیار زیاد با حضور شخص خلیفه برفراز سکوی مخصوصی که برای این کار دربیرون شهر تهیه شده بود، برگزار شد.

برای آنکه همه‌ی مردم بشنوند …

که اکنون دژخیم به بابک نزدیک میشود و دقایقی دیگر بابک اعدام خواهد شد، چندین جارچی در اطراف و اکناف با صدای بلند بانگ میزدند نَوَد نَوَد این اسمِ دژخیم بود و همه اورا میشناختند .

 ابن الجوزی مینویسد که وقتی بابک را برای اعدام بردند خلیفه درکنارش نشست و به او گفت: تو که اینهمه استواری نشان میدادی اکنون خواهیم دید که طاقتت دربرابر مرگ چند است!

بابک گفت: خواهید دید.

چون یک دست بابک را به شمشیر زدند، بابک با خونی که از بازویش فوران میکرد صورتش را رنگین کرد. خلیفه ازاوپرسید: چرا چنین کردی؟ بابک گفت: وقتی دستهایم را قطع کنند خونهای بدنم خارج میشود و چهره‌ام زرد میشود، و تو خواهی پنداشت که رنگ رویم از ترسِ مرگ زرد شده است.. چهره‌ام را خونین کردم تا زردیش دیده نشود .

به این ترتیب دستها و پاهای بابک را بریدند . چون بابک برزمین درغلتید، خلیفه دستور داد شکمش را بدرد… پس از ساعاتی که این حالت بربابک گذشت، دستور داد سرش را از تن جدا کند.

 پس ازآن چوبه‌ی داری در میدان شهر سامرا افراشتند و لاشه‌ی بابک را بردار زدند، و سرش را خلیفه به خراسان فرستاد .

آخرین گفتار بابک چنین بوده است :

 تو ای معتصم خیال مکن که با کشتن من فریاد استقلال طلبی ایرانیان را خاموش خواهی کرد من لرزه ای بر ارکان حکومت عرب انداخته ام که دیر یا زود آن را سرنگون خواهد نمود ..

تو اکنون که مرا تکه تکه میکنی هزاران بابک در شمال و شرق و غرب ایران ظهور خواهد کرد و قدرت پوشالی شما پاسداران جهل و ستم را از میان بر خواهد داشت !

این را بدان که ایرانی هرگز زیر بار زور و ستم نخواهد رفت و سلطه بیگانگان را تحمل نخواهد کرد من درسی به جوانان ایران داده ام که هرگز آنرا فراموش نخواهند کرد .

من مردانگی و درس مبارزه را به جوانان ایران آموختم و هم اکنون که جلاد تو شمشیرش را برای بریدن دست و پاهای من تیز میکند صدها ایرانی با خون بجوش آمده آماده طغیان هستند مازیار هنوز مبارزه میکند و صدها بابک و مازیار دیگر آماده اند تا مردانه برخیزند و میهن گرامی را از دست متجاوزان و یوغ اعراب بدوی و مردم فریب برهانند .

اما تو ای افشین . . . در انتظار

 و بدینسان نخست دست چپ بابک بریده شد و سپس دست راست او و بعد پاهایش و در نهایت دو خنجر در میان دنده هایش فرو رفت و آخرین سخنی که بابک با فریادی بلند بر زبان آورد این بود :

 ” پاینده ایران ”

روز اعدام بابک خرمدین و تکه تکه کردن بدنش در تاریخ ۲ صفر سال ۲۲۳ هجری قمری انجام گرفت که مسعودی در کتاب مشهور مروج الذهب این تاریخ را برای ایرانیان بسیار مهم دانسته است اعدام بابک چنان واقعه‌ی مهمی تلقی شد که محل اعدامش تا چند قرن دیگر بنام خشبه‌ی بابک یعنی چوبه‌ی دار بابک در شهرِ سامرا که در زمان اعدام بابک پایتخت دولت عباسی بود شهرت همگانی داشت و یکی از نقاط مهم و دیدنی شهر تلقی میشد

برادر بابک یعنی آذین را نیز خلیفه به بغداد فرستاد و به نایبش در بغداد دستور نوشت که اورا مثل بابک اعدام کند.

طبری مینویسد که وقتی دژخیمْ دستها و پاهای برادر بابک را می‌بُرید، او نه واکنشی از خودش بروز میداد و نه فریادی برمی‌آورد. جسد این مرد را نیز در بغداد بردار کردند.

معتصم خلیفه عباسی، چنانکه نظام الملک در سیاست نامه خود می نویسد به شکرانه آنکه سه سردار مبارز ایرانی، بابک ، مازیار وافشین رو که هر سه آنها به حیله اسیر شده بودند به دار آویخته بود،مجلس ضیافتی ترتیب داده بود که در طول آن ۳ بار پیاپی مجلس را ترک گفت و هربار ساعتی بعد برمی گشت.

در بار سوم در پاسخ حاضران که جویای علت این غیبت ها شده بودند فاش کرد که در هر بار به یکی از دختران پدر کشته این سه سردار تجاوز کرده است، و حاضران با او از این بابت به نماز ایستادند و خداوند را شکر گفتند. (تولدی دیگر-شجاع الدین شفا).