Pada 17 September 2009, polis Indonesia dalam serbuan di Solo, Jawa Tengah berjaya membunuh Noordin dan 3 lelaki tempatan. Ketua Polis Indonesia Jeneral Bambang Hendarso Danuri menyatakan jenazah Noordin dibawa pulang ke Kluang, Johor, pada 1 Oktober 2009. Jenazah disimpan sementara di Hospital Polis Kramat Jati. Polis Indonesia terutama pasukan khas anti pengganas Densus 88 bekerja keras selama 9 tahun sebelum berjaya dalam misi kali ini.

Polis Indonesia berbalas tembakan di sebuah rumah di mana polis kemudiannya menjumpai 2200 kilogram bahan letupan yang sedia untuk digunakan di dalam rumah yang diserang hendap itu bersama senjata M-16 yang lengkap berisi peluru, selain komputer riba dan pelbagai dokumen.[9] Noordin dikenalpasti berdasarkan cap jari dan 14 lagi tanda dan ciri-ciri yang dikenali di badan lelaki yang berasal dari Malaysia itu. [10]

Tiga lagi pengganas yang ditembak mati ialah Bagus Budi Pranoto @ Urwah, Susilo @ Adib yang menyediakan tempat persembunyian Noordin dan Ario Sudarso @ Aji, yang dikatakan pakar pembuat bom, murid kepada Dr Azahari Husin. Seorang wanita hamil yang turut cedera parah dalam serbuan itu ialah Putri Munawaroh, isteri kepada Susilo setelah dia enggan menyerah diri.[11] Munawaroh ketika itu mengandung 22 minggu.

Rahmat Puji Prabowo @ Bejo dan Supono @ Kedu ditahan di Pasar Gading, Solo pada 16 September 2009. Maklumat dari mereka membawa kepada pembunuhan Noordin pada 17 September 2009. Bejo dipercayai membantu menyembunyikan Noordin di Kampung Kepuhsari RT 03 RW 11, Kelurahan Mojosongo, Kecamatan Jebres, Kota Surakarta, Jakarta. Kedu ditugaskan mengangkut bahan letupan ke sebuah rumah di Bekasi. Rumah ini telah diserbu pada 8 Ogos 2009 dan menyebabkan kematian dua suspek pengganas.

Hadi Sosilo akan dikebumikan di Desa Kagoan, Pajang Laweyan Solo. Bagus Budi Pranoto @ Urwah akan dikebumikann di Kudus. Sementara Ario Sudarso @ Aji dikebumikan di Purbalingga.[12]