Елизавета Федоровна знала из анонимных писем, что супругу угрожает опасность и старалась не оставлять его одного. Сергей Александрович перестал брать с собой адъютанта. 5 (18) февраля 1905 г. он был убит бомбой, брошенной террористом Иваном Каляевым. Елизавета Федоровна была во дворце и слышала взрыв. Она своими руками собрала на носилки разбросанные взрывом куски тела мужа. Чтобы не огорчить умирающего кучера, Елизавета Федоровна поехала в больницу, сняв траур. Кучер Андрей Рудинкин скончался в ту же ночь, думая, что Сергей Александрович жив.
Адъютант великого князя В. Ф. Джунковский вспоминает, что на второй или третий день после кончины великого князя Елизавета, движимая христианским чувством всепрощения, решилась навестить в тюрьме убийцу своего мужа. Многие в то время осуждали ее, «но кто знает великую княгиню, тот отлично поймет, что иначе великая княгиня поступить не могла, — пишет В. Ф. Джунковский. — Она, по своему характеру всепрощающая, чувствовала потребность сказать слово утешения и Каляеву, столь бесчеловечно отнявшему у нее мужа и друга». Елизавета Федоровна оставила в камере Евангелие и маленькую иконку, надеясь на то, что убийца покается.