1938-ban a náci csapatok bevonultak Ausztriába. A megszállók üldözték az egyházat – több ezer hívőt kihallgattak, sokakat bebörtönöztek vagy meggyilkoltak. Otto Neururer lebeszélt egy fiatal nőt arról, hogy házasságot kössön egy züllött életet élő német férfival. A kikosarazott férfi bosszúból feljelentette a papot a náci párt regionális vezetőjénél, akivel személyes ismeretségben volt. Otto Neururert 1938 végén letartóztatták, és elítélték „a német házasság intézményének rágalmazásáért”.
1939-ben a dachaui koncentrációs táborba szállították, majd átvitték a buchenwaldi lágerba. Bár tilos volt a raboknak a vallási tevékenység, ő igyekezett lelkipásztorként szolgálni a szenvedőket. Nemcsak lelkileg támogatta sorstársait, de ápolta a betegeket, és szerény ételfejadagját megosztotta a többiekkel. 1940-ben egy rab felkereste azzal, hogy szeretne megkeresztelkedni. Felmerült a lehetőség, hogy ez csapda, de végül nem utasította vissza a kérést és vállalta a hitoktatást. A nácik hamar megtudták, mi történt, és büntetésként meztelenül, fejjel lefelé felakasztották. Otto Neururer harmincnégy órás haláltusa után, 1940. május 30-án halt meg. Egy szemtanú úgy emlékezett vissza, hogy amíg eszméleténél volt, végig imádkozott. Ő volt az első osztrák pap, akit koncentrációs táborban végeztek ki, ezért még a láger vezetősége is tartott a kivizsgálástól. Hamvait ezért nem semmisítették meg, hanem egy urnában átadták az egyházmegyéjének, így eltemethették.
Carl Lampert helynököt Otto Neururer temetésén mondott beszéde miatt letartóztatták, majd egyévi munkatábor után száműzték. Később perbe fogták, és 1944-ben kivégezték.
Otto Neururert 1996-ban avatta boldoggá II. János Pál pápa.
