В апреле 1945 года Николай Зоря был назначен на достаточно спокойный – если так вообще можно говорить о работе в прокуратуре в эти годы – пост старшего помощника прокурора СССР и начальника Отдела по надзору за органами милиции Прокуратуры СССР. В мае 1945 года он стал помощником прокурора СССР. В самом конце декабря 1945 года Николай Зоря был командирован в Нюрнберг. «Охватывает чувство радости, что сейчас я направляюсь выполнять такую почетную миссию, как обвинять от СССР гитлеровских преступников, имена которых вспоминают во всем мире с проклятием», – записал он в дневник.
23 мая 1946 года Николай Дмитриевич Зоря был найден мертвым в своей служебной квартире на Гюнтер-Мюллер-штрассе (т. е. дата смерти – накануне, 22 мая). В протоколе осмотра места происшествия говорилось: «Тело прикрыто до верхней четверти груди одеялом. […] В области правого виска входное отверстие пулевого ранения, с резко выраженным пороховым ожогом величиной 2,5 × 1,5 см. Выходное отверстие в левой половине затылка в 8 см от левого уха. […] Левая рука согнута в локте, и кисть левой руки находится на уровне лица (у правого глаза). Правая рука также согнута в локте, причем кисть правой руки лежит на груди. На одеяле (в области живота) лежит пистолет системы “Вальтер”, калибра 7,65 мм. Также на одеяле стреляная гильза от пистолета того же калибра. […] Подушка и простыня обильно смочены кровью. […] В кармане пиджака, висящего на спинке стула (у письменного стола), обнаружены две записки, изъятые и приобщенные к настоящему протоколу. Кроме того, во внутреннем кармане пиджака обнаружены паспорт на имя Зоря (дипломатический), ночной пропуск по городу Нюрнбергу и 170 рублей советскими деньгами. На круглом столе находится нетронутый ужин. На кресле возле стола брошена пижама, в кармане которой найдена незаконченная записка: “Перед партией и советской… я совершенно не…” […] В печке обнаружено значительное количество бумажного пепла. На подоконнике стреляная гильза пистолета калибра 12 мм. Из доски книжной полки извлечена деформированная никелированная пуля калибра 7,65 мм».
Главный обвинитель от Великобритании Дэвид Максвелл-Файф прислал советской делегации свои соболезнования: «Я только что узнал с большим сожалением о трагической смерти генерала Зори. От имени британской делегации я хочу выразить наше глубокое сожаление и соболезнование Вам и всей советской делегации… От имени всех моих коллег я хочу передать Вам, как мы высоко ценили работу с ген. Зорей и как много дал нам этот совместный труд в нашей общей задаче».
По официально объявленной версии – пока так и неопровергнутой, а потому и сегодня считающейся доказанной и неопровергнутой – смерть Зори стала результатом неосторожного обращения с оружием во время его чистки: он «скончался в результате несчастного случая». Сын генерала Юрий неоднократно высказывал сомнения в официальной версии, считая, что не было проведено объективного расследования.
Тело Николая Зори было похоронено на Восточном кладбище в Лейпциге, а впоследствии все упоминания и фото Зори были в СССР удалены из всех официальных документов и материалов.
Сомнения высказываются следующие. Накануне своей смерти Зоря обратился к своему начальнику генеральному прокурору Константину Горшенину с просьбой разрешить ему срочно прибыть в Москву и представить доклад Андрею Вышинскому. По его утверждению, подготовленные к представлению на процессе документы по Катынскому делу (т. е. расстрелу польских военнопленных, в котором СССР обвинял немцев) неубедительны – т. е., говоря проще: представив эти документы, советская сторона просто подставится. На следующий день тело Зори было обнаружено М. Т. Лихачёвым, т. е. руководителем группы НКГБ. И Горшенин, и Руденко сообщили в Москву, что Зоря покончил с собой, выстрелив себе из пистолета в голову. Одновременно Руденко запросил у американцев санкцию на немедленное перемещение тела в советскую зону оккупации без проведения медицинской экспертизы, на что Джексон дал согласие. Тем не менее надо отметить, что это всего лишь сомнения и никаких серьезных доказательств в пользу другой версии – убийства, а не самоубийства – пока что приведено не было.