Στις 18 Δεκεμβρίου 1818 ο Γρηγόριος ο Ε’ κλήθηκε για τρίτη φορά στον οικουμενικό θρόνο. Η τρίτη πατριαρχία του συνδέθηκε με κρισιμότατες στιγμές του Ελληνισμού και μέχρι σήμερα διχάζουν του ιστορικούς κάποιες από τις αποφάσεις του αυτής της περιόδου. Το κλίμα για τον Γρηγόριο βάρυνε, όταν έφθασαν οι πρώτες πληροφορίες για την κήρυξη της Επανάστασης στην Πελοπόννησο. Οι οθωμανικές αρχές αποφάσισαν την εξόντωσή του, με την ελπίδα ότι αυτή θα επιδρούσε αρνητικά στο ηθικό των εξεγερμένων Ρωμιών και θα ανέκοπτε την επαναστατική ορμή τους. Έτσι, στις 10 το πρωί της 10ης Απριλίου του 1821, ανήμερα της εορτής του Πάσχα, ο μέγας διερμηνέας της Υψηλής Πύλης, Σταυράκης Αριστάρχης, μετέβη στο Πατριαρχείο και ανέγνωσε ενώπιον μελών της Ιεράς Συνόδου το σουλτανικό φιρμάνι, με το οποίο ο Γρηγόριος επαύετο από το αξίωμά του «ως ανάξιος γενόμενος του πατριαρχικού θρόνου, αγνώμων προς την Υψηλήν Πύλην και άπιστος».
Αμέσως μετά, ο Γρηγόριος συνελήφθη και οδηγήθηκε στις φυλακές του Μποσταντζίμπαση, όπου υποβλήθηκε σε φρικτά βασανιστήρια. Γύρω στις 3 μ.μ. της ίδιας ημέρας, ο Γρηγόριος επέστρεψε φρουρούμενος στο Φανάρι, ενώ κατά τη διαδρομή ομάδες του μουσουλμανικού και εβραϊκού υποκόσμου της Πόλης τον χλεύαζαν και τον προπηλάκιζαν. Στη μεσημβρινή πύλη του Πατριαρχείου είχε στηθεί η αγχόνη. Ο δήμιος, αφού του αφαίρεσε το εγκόλπιο, το ράσο, το κομπολόι και ό,τι πολύτιμο βρήκε πάνω του, τοποθέτησε τον βρόχο στον λαιμό του. Λίγες στιγμές αργότερα, το σώμα του Γρηγορίου αιωρείτο στο κενό. Ο Πατριάρχης είχε παραδώσει το πνεύμα, σε ηλικία 76 ετών.
Τότε, οι παριστάμενοι Μουσουλμάνοι και Εβραίοι άρχισαν να λιθοβολούν το αιωρούμενο λείψανο, μπροστά από το οποίο πέρασαν όχι μόνο ο μέγας βεζίρης, αλλά και ο ίδιος ο Σουλτάνος, ο οποίος διέταξε να παραμείνει στη θέση αυτή για τρεις ημέρες και να φέρει πάνω του το φιρμάνι της καταδίκης. Στις 13 Απριλίου κάποιοι Εβραίοι αγόρασαν το λείψανο αντί 800 γροσίων και αφού το έσυραν από τους κεντρικούς δρόμους της Κωνσταντινούπολης το έριξαν στη θάλασσα, αφού το έδεσαν με ένα μεγάλο λιθάρι, για να βουλιάξει. Όμως, το σχοινί κόπηκε και το λείψανο επέπλεε για τρεις μέρες στον Κεράτιο κόλπο, ώσπου έγινε αντιληπτό από τον Κεφαλλονίτη καπετάνιο του ρωσικού πλοίου «Άγιος Νικόλαος» Μαρίνο Σκλάβο, ο οποίος το ανέσυρε από τη θάλασσα και το μετέφερε στην Οδησσό, όπου εκτέθηκε σε λαϊκό προσκύνημα και τάφηκε με μεγάλες τιμές σαν σήμερα, στις 16 Ιουνίου του 1821.
Στις 25 Απριλίου του 1871, το λείψανο του Γρηγορίου Ε’ μεταφέρθηκε στην Αθήνα και εναποτέθηκε στη Μητρόπολη. Στις 8 Απριλίου του 1921, ο Γρηγόριος Ε’ ανακηρύχθηκε Άγιος και η μνήμη του εορτάζεται κάθε χρόνο στις 10 Απριλίου.
