Кибальчич був відданий до суду разом з Желябовим, Перовською, Рисаковим та Михайловим і страчений 3 квітня 1881 року.

Рідним «царевбивці» Кибальчича було запропоновано змінити прізвище, однак вони відмовилися. Сiм’я терориста зазнала шквалу репресій. Усіх юнаків з їхньої родини виключили з навчальних закладів і відправили в солдати. Через півроку, не витримавши потрясіння і переслідувань, померли сестра і брат народовольця. Буря не обійшла і земляків Кибальчича: указом сина убитого царя містечку Короп було заборонено розбудовуватися, а самим коропчанам наказано побудувати церкву і все життя замолювати гріх земляка.

Наука не забула зухвалого «Миколку-піротехніка»: ім'ям Кибальчича названо кратер на зворотньому боцi Місяця