В феврале 1944 г. Карбышева отправили в концлагерь Майданек. На этот раз пленников разместили в бараках карантина и лазаретах. Карбышева врач поместил в лазарет для больных. Он страдал общим истощением, с голодными отеками тела, истощением нервной системы, склерозом сосудов сердца, хроническим бронхитом, чесоткой и поражениями голени. Целый месяц он спал, как младенец, по 18 часов в сутки. С помощью других заключенных, Карбышев через полтора месяца уже смог встать на ноги, спали отеки. Теперь по вечерам он охотно рассказывал о своей богатой событиями жизни.
В начале 1944 г. началась эвакуация узников Майданека в другие лагеря. Дмитрия Михайловича отправили в тыловой лагерь смерти Освенцим. По прибытии узников выгрузили из эшелонов и повели в колонне в лагерь. Карбышев потерял сознание и был бы расстрелян, если бы не шедшие рядом узники. Они подхватили его под руки и довели до лагеря, где всем выбили номер на левой руке и отправили в холодную баню. Многие теряли сознание от холодной воды, некоторые умерли от переохлаждения.
В Освенциме днем и ночью сжигали в печах крематория до 15 тыс. человек в сутки. Ежедневно из разных стран Европы прибывал транспорт с заключенными. Пригодных для работы направляли в бараки, остальных немедленно отправляли в газокамеры. Маленьких детей истребляли всех, так как они не могли работать на «великую Германию». Карбышев попал в бригаду уборщиков, которая должна была с утра до позднего вечера вылизывать аппельплац, вычищать уборные и помойные ямы. Но и здесь Карбышев проявил себя как истинный патриот своей Родины. Узнав, что в женских бараках условия еще хуже, чем в мужских, он написал письмо женщинам, в котором пытался поднять их дух и волю к борьбе. Воздействие этого письма было велико. Узницы развернули подпольное патриотическое движение, распространяли листовки, налаживали помощь больным.
В конце октября 1944 г. ввиду наступления Красной Армии приближения ее к Освенциму, был получен приказ Берлина срочно эвакуировать заключенных вглубь Германии. Карбышева направили в Хейнкель – филиал лагеря в окрестностях Оранненбурга. Это был авиазавод, который выпускал тяжелые бомбардировщики. Условия работы были крайне тяжелыми, особенно в горячих и клепальных цехах. Здесь генерал Карбышев подбил местное подполье на саботаж, но осуществить его не удалось, так как налет союзной авиации уничтожил склад оружия. В начале февраля 1945 г. гестапо схватило 178 подпольщиков и расстреляло. Остальных подозреваемых отправили в Маутхаузен для уничтожения, в том числе и Карбышева.
Комендант, просматривающий списки прибывших, увидел резолюцию на Карбышева – «нежелательный». Он не подлежал регистрации, и этого было достаточно, чтобы расправиться с опасным врагом Германии. В течение двух суток генерала Карбышева пытали. Ночью, после горячего душа, генерала вывели во двор. Стоял 12-градусный мороз. Из брандспойтов ударили перекрещивающиеся ледяные струи. Карбышев медленно покрывался льдом. «Бодрей, товарищи, думайте о своей Родине, и мужество не покинет вас» – сказал он перед смертью узникам Маутхаузена.
В 1970 г. в Киеве был открыт у здания местной школы №2 гранитный монумент генералу Карбышеву. Его именем назван переулок. О нем написаны книги. Он воспет поэтами. О нем сложены песни и легенды. Живописцы запечатлели его образ на художественных полотнах, скульторы – в памятниках. Бороздит океаны танкер «Генерал Карбышев», плавает по Оби теплоход «Генерал Карбышев». А неподалеку от Омска есть железнодорожные станции «Карбышев – 1» и «Карбышев – 2».
Найдена и навечно излучает немеркнущий свет на небе звезда Карбышева.