W sierpniu 1312, przekonany o winie braci, król udał się z Jaén do pobliskiej miejscowości Martos, gdzie odnalazł i aresztował braci Carvajal. Zostali skazani na śmierć, a ich zapewnienia o niewinności i lojalności wobec króla nie zostały wysłuchane. Zamknięto ich w żelaznej klatce, a następnie zrzucono ze szczytu Peña de Martos. Wielka Kronika Alfonsa XI informuje, że wyrok wykonano 7 sierpnia 1312. Przed straceniem bracia Carvajal pozwali króla, aby za 30 dni stawił się przed obliczem Boga, który sprawiedliwie osądziłby ich trzech. W ten sposób król miał odpowiedzieć przed Bogiem, a w razie winy, sam ponieść śmierć. Ferdynand IV zmarł dokładnie miesiąc później, dnia 7 września, kiedy upływał termin wyznaczony przez braci.
Historyk i archeolog Francisco Simón y Nieto pochodzący z Palencii uważał, że przyczyną śmierci króla był prawdopodobnie zakrzep, ale mógł to być także krwotok mózgowy, ostry obrzęk płuc, dusznica, zawał mięśnia sercowego, udar mózgu itp.