В начале девяностых годов исмаилиты подожгли исфаханскую пятничную мечеть, пожар уничтожил хранящуюся при мечети библиотеку.
После смерти Малик-шаха исмаилиты терроризировали исфаханскую знать. Страх перед тайными убийцами, наводнившими город, порождал подозрения, доносы и расправы.
Положение Омара Хайяма при дворе Туркан-хатун, вдовы Малик-шаха, ставшей фактической правительницей, пошатнулось. Туркан-хатун, не жаловавшая Низам ал-Мулка, не испытывала доверия и к близким к нему людям. Омар Хайям продолжал еще некоторое время работать в обсерватории, однако уже не получал ни поддержки, ни прежнего содержания. Одновременно он исполнял при Туркан-хатун обязанности астролога и врача. Хрестоматийным стал рассказ об эпизоде, связанном с полным крушением придворной карьеры Омара Хайяма, — некоторые биографы относят его к 1097 году. Болел ветряной оспой младший сын Малик-шаха Санджар, и лечивший его Омар Хайям имел неосторожность высказать сомнение в жизнеспособности одиннадцатилетнего мальчика. Слова, сказанные везиру, были подслушаны слугой и доведены до ушей больного наследника. Санджар, ставший впоследствии султаном, правившим сельджукидским государством с 1118 по 1157 год, на всю жизнь затаил неприязнь к Омару Хайяму.
Исфахан после смерти Малик-шаха вскоре потерял свое положение царской резиденции и главного научного центра, обсерватория пришла в запустение и была закрыта, столица вновь была перенесена в Хорасан, в город Мерв.
Омар Хайям навсегда оставляет двор и возвращается в Нишапур.
В Нишапуре Омар Хайям прожил до последних дней жизни, лишь по временам покидая его для посещения Бухары или Балха и еще раз — ради длительного путешествия — паломничества в Мекку к мусульманским святыням. Хайям вел преподавание в Нишапурском медресе, имел небольшой круг близких учеников, изредка принимал искавших встречи с ним ученых и философов, участвовал в научных диспутах. Продолжая исследования в области точных наук, он пишет в эти годы физический трактат «Об искусстве определения количества золота и серебра в сплавах из них». Трактат этот, как его оценивают специалисты в наши дни, имел для своего времени большое научное и практическое значение.
К Хайяму, как к искусному астрологу, продолжают время от времени обращаться местные вельможи и даже султан — именно в этот период, зимою 1114 года в Мерве, и имел место описанный Низами Арузи эпизод точного метеорологического прогноза Хайяма. Садр ад-Дин Мухаммад ибн Музаффар, обратившийся к Хайяму от имени султана с просьбой выбрать благоприятный день для выезда на охоту, был внуком Низам ал-Мулка, великим везиром султана Санджара.
Сохранились свидетельства всего двух человек, лично знавших Омара Хайяма. Оба они — его младшие современники: писатель и поэт Низами Арузи Самарканди (род. в девяностые годы XI века) и историк Абу-л-Хасан Али Бейхаки. Встречи, о которых упоминают эти известные авторы XII века, относятся к нишапурскому периоду жизни Хайяма, к годам его старости. Низами Арузи близко общался с Хайямом и причислял себя к его ученикам и восторженным последователям. Вспоминая о встречах в Балхе в 1112–1114 годах, Низами Арузи с величайшим пиэтетом именует Хайяма титулом «Доказательство Истины», тем более почетным, что именно этим ученым прозванием был награжден средневековыми авторами Авиценна.
Абу-л-Хасан Али Бейхаки, хорасанец по происхождению, вспоминает, как подростком он впервые увидел Омара Хайяма. Называя его уважительно «имам», то есть «духовный вождь», Бейхаки пишет: «Я вошел к имаму Омару Хайяму для службы ему в 1113 году, и он, милосердие Аллаха над ним, попросил меня истолковать одно из эпических двустиший… затем он спросил меня о видах линий дуг. Я сказал: видов линий дуг четыре, среди них окружность круга и дуга больше полукруга».
Бейхаки упоминает ниже о резкости Омара Хайяма и его замкнутости, а также с восхищением говорит о нем как о человеке, обладающем феноменальной памятью и необычайно широкой научной эрудицией. Вот один из этих коротких рассказов Бейхаки: «Однажды в Исфахане он внимательно прочел одну книгу семь раз подряд и запомнил ее наизусть, а возвратившись в Нишапур, он продиктовал ее, и, когда сравнили это с подлинником, между ними не нашли большой разницы». По-видимому, именно такие отзывы об Омаре Хайяме были распространены в XII веке. Любопытно и еще одно суждение современников о Хайяме, нашедшее отражение у Бейхаки: «Он был скуп в сочинении книг и преподавании».