Après la journée insurrectionnelle du 10 août 1792, Chaumette devint membre de la Commune révolutionnaire puis fut nommé procureur le 12 décembre. Belle opportunité pour le personnage de jouer un rôle très important en portant à la Convention les demandes, et parfois les exigences des sans-culottes parisiens :loi sur les suspects, tribunal révolutionnaire, impôt sur les riches furent votés sous la pression de la rue dont Chaumette était la voix.
Lorsque la Terreur fut mise « à l’ordre du jour », il en devint un exécuteur zélé. Il exigea la déchristianisation et organisa des mascarades religieuses qui lui attirèrent l’hostilité de Robespierre, ce dernier lui reprochant des accusations fantaisistes contre Marie-Antoinette. Chaumette eut beau alors modérer ses propos son sort était scellé. Robespierre, convaincu que Chaumette n’était qu’une marionnette entre les mains de Cloots en qui il voyait un agent de l’étranger, le fit arrêter dans le cadre du « complot des prisons » inventé par Vadier. Malgré les accusations mensongères de ses juges, il ne pouvait en réchapper.
Son ami Cloots avait été exécuté le 24 mars. Chaumette fut guillotiné en même temps que ceux accusés du même complot parmi lesquels Lucile Desmoulins.
« Les conspirateurs condamnés par le Tribunal révolutionnaire ont été exécutés hier à 7 heures moins un quart (du soir). Chaumette à côté de Gobel répondait par le sourire de la rage aux reproches d’athéisme qu’on lui faisait ; Gobel était morne, silencieux, abattu ; Dillon pâle était à côté de Simon ;
Gobel et Chaumette ont été les derniers à subir leur supplice. La tête de Chaumette a été montrée au peuple, au bruit des applaudissements et des cris de « Vive la République ».
Jules Michelet disait de lui « Fouine à museau pointu, propre à tremper dans le sang […] parleur ingénieux et adroit, homme matériel et lâche qui n’eut jamais la force d’être un scélérat et garde un cœur ».
Inhumé au cimetière des Errancis, ses restes furent transférés aux Catacombes à la fermeture du cimetière.