بیست و هفتم دی 1334، نواب صفوی و سه تن از یارانش به نام های خلیل طهماسبی، مظفر علی ذوالقدر و سیدمحمد واحدی به شهادت رسیدند. آشنایی نواب با آیت‌الله کاشانی باعث شد تا از اواسط سال ۱۳۲۴ شمسی علیرغم اینکه وی با ملی‌گرا ها میانه خوبی نداشت اما با آیت‌الله کاشانی بر سر حمایت از آنان به توافق برسد. موضوعی که باعث شد فدائیان اسلام نقشی اساسی در راه یافتن کاشانی به مجلس، نخست‌وزیری مصدق و ملی شدن صنعت نفت ایفا کنند. آنان از ملی‌گرایان خواسته بودند در صورت رسیدن به قدرت اجرای احکام اسلامی را در دستور کار قرار دهند. بعد از سال ۱۳۲۷ که اقلیت موجود در مجلس مانع تصویب قرارداد گس- گلشاییان شد، رژیم برای اینکه حتی اقلیت مخالفی نیز وارد مجلس نشود، توسط هژیر دست به تقلب در انتخابات زد و به بهانه ترور شاه و دست داشتن آیت‌الله کاشانی در این ترور، او را بازداشت و به لبنان تبعید کرد. اینچنین بود که فدائیان اسلام با این جمع‌بندی که هژیر مانع اجرای احکام اسلام شده است، او را ترور کردند و با نامزد کردن آیت‌الله کاشانی و مصدق، بار دیگر گروه اقلیت را در مجلس شورای ملی احیا کردند. فدائیان اسلام در ماجرای ملی شدن صنعت نفت هم فعال ظاهر شدند و با ترور حاجعلی رزم‌آرا نخست‌وزیر وقت که به شدت با ملی شدن صنعت نفت مخالفت کرده بود، راه ملی شدن نفت را گشودند. در روز ۱۶ اسفند ۱۳۲۹ زمانی که اتومبیل رزم‌آرا جلوی مسجد امام (شاه سابق) توقف کرده بود و نخست‌وزیر برای شرکت در مراسم ختم آیت‌الله فیض قصد ورود به صحن مسجد را داشت، خلیل طهماسبی از اعضای فدائیان اسلام بی‌درنگ از پشتِ سر با شلیکِ سه گلوله او را از پای درآورد و خود نیز توسط مأموران دستگیر شد. آیت‌الله کاشانی همان زمان در مصاحبه‌ای در رابطه با قتل رزم‌آرا گفت: «این عمل (ترور رزم‌آرا) به نفع ملت ایران بود و آن گلوله و ضربه عالی‌ترین و مفید‌ترین ضربه‌ای بود که به پیکر استعمار و دشمنان ملت ایران وارد آمد». سرانجام در ساعت سه و نیم بعدازظهر روز دوم آذرماه ۱۳۳۴ به دنبال ترور نافرجام حسین علاء، سیدمجتبی نواب صفوی رهبر فدائیان اسلام به همراه دو تن دیگر از اعضای این گروه بازداشت شدند. روزنامه اطلاعات فردای آن روز در خبری نوشت: «بعد از حادثه سوءقصد علیه جان نخست‌وزیر در مسجد شاه و دستگیری مظفرعلی ذوالقدر ضارب، مشارالیه در بازجویی‌های اولیه اظهار داشت که نواب صفوی دستور اجرای ترور نخست‌وزیر را در اختیار من گذاشته است. علاوه بر این اعتراف از ظواهر امر و طرز صحبت کردن ضارب و شعارهایی که بعد از حادثه داده بود و همچنین گفتن اذان و الله اکبر بعد از حمله به آقای علاء چنین بر مامورین روشن شد که مظفرعلی به تحریک جمعیت فدائیان اسلام که در سال‌های اخیر پنج مرتبه مرتکب سوءقصد علیه جان زمامداران وقت شده‌اند، اقدام به سوءقصد و شلیک گلوله به سوی آقای علاء نموده است و بالنتیجه مقامات انتظامی چه شهربانی و چه فرماندار نظامی مصمم شدند که رهبر این جمعیت را که بعد از وقوع حادثه مخفی شده بود، بازداشت نمایند.» اینچنین بود که اعضای موثر جمعیت فدائیان اسلام بازداشت شده و به زندان افتادند و کمتر از دو ماه بعد در روز ۲۶ دی‌ماه ۱۳۳۴ در پی برگزاری جلسه دادگاه، نواب صفوی و سه تن از یارانش به نام‌های خلیل طهماسبی، سیدمحمد واحدی و مظفرعلی ذوالقدر به اعدام محکوم شدند. دادگاه تجدیدنظر هم همان روز برگزار شد. به دنبال تثبیت حکم اعدام برای هر چهار نفر، سحرگاه روز ۲۷ دی‌ماه ۱۳۳۴، سیدمجتبی نواب صفوی رهبر فدائیان اسلام بعد از ۱۰ سال مبارزه بی‌وقفه، در سن ۳۱ سالگی به همراه سه یار دیگرش در میدان تیر لشکر ۲ زرهی تهران تیرباران شدند. پیکر نواب ابتدا در مسگرآباد تهران دفن شد اما بعد از مدتی به قبرستان وادی‌السلام قم انتقال یافت.
