آیت‌الله قدوسی سرانجام بعد از ۳۱ ماه حضور در سمت دادستانی انقلاب، در حالی که ۸ ماه از شهادت فرزندش محمدحسن در عملیات هویزه می‌گذشت، در جریان بمبگذاری در دادستانی انقلاب در چهارراه قصر تهران که بعد‌ها سازمان مجاهدین خلق (منافقین) مسئولیت آن را برعهده گرفت، ترور شد و به شهادت رسید. بعد‌ها معلوم شد فردی نفوذی از کارمندان دادستانی دقایقی قبل از انفجار زیر اتاق قدوسی بمبی آتش‌زا تعبیه کرده و به سرعت از این مکان خارج شده است. اینچنین بود که در ساعت ۸:۴۰ روز شنبه ۱۴ شهریور ۱۳۶۰ انفجار مهیبی در زیر دفتر قدوسی رخ داد، به نحوی که دیوار پشت سر او جدا شده و او را از اتاقش در طبقه دوم به کف حیاط دادستانی پرت کرد. قدوسی که به شدت مجروح شده بود ابتدا به بیمارستان ۵۰۱ ارتش و سپس به بیمارستان شهدا انتقال یافته و تحت عمل جراحی قرار گرفت، اما تلاش‌ها ناکام ماند و وی در ‌‌نهایت به دلیل خونریزی شدید مغزی به شهادت رسید. پیکر قدوسی پس از تشییع توسط گروه کثیری از مردم در صحن مطهر حرم حضرت معصومه در قم به خاک سپرده شد.

بعد از شهادت آیت‌الله قدوسی دادستان كل انقلاب ، شورای عالی قضایی طی حكمی حجت‌الاسلام سیدحسین موسوی تبریزی رئیس دادگاه انقلاب اسلامی آذربایجان شرقی را به سمت دادستان كل انقلاب منصوب كرد.

در پی این واقعه امام خمینی پیام تسلیتی صادر کرد. در این پیام آمده بود: «با کمال تأسف و تأثر حجت‌الاسلام شهید قدوسی به دوستان شهید خود پیوست. شهیدی عزیز که سالیان دراز در خدمت اسلام بود؛ و اخیراً مجاهدات او در راه انقلاب بر همگان روشن است. اینجانب سالیان طولانی از نزدیک با او سابقه داشتم، و آن بزرگوار را به تقوا و حسن عمل و استقامت و مقاومت و تعهد در راه هدف می‏شناختم. شهادت بر او مبارک و وفود الی اللَّه و خروج از ظلمات به سوی نور بر او ارزانی باد. راهی است که باید پیمود و سفری است که باید رفت. چه بهتر که در حال خدمت به اسلام و ملت شریف اسلامی شربت شهادت نوشیدن و با سرافرازی به لقاءاللَّه رسیدن. و این همان است که اولیای معظم حق تعالی آرزوی آن را می‏کردند و از خدای بزرگ در مناجات خود طلب می‏کردند.»