21 ноября 1941 года Волошина ушла на свое последнее задание, вместе с ней была и Космодемьянская, командиром отряда был Павел Проворов. Попав под обстрел противника, группа разделилась, пути Зои и Веры разошлись. Между подмосковными деревнями Якшино и Головково часть отряда, в котором была Вера, снова наткнулась на немцев, начался неравный бой, Волошина была тяжело ранена и отстала от группы. Вернувшись на следующий день на место боя, партизаны не нашли ни живую Веру ни ее тело. Много лет она числилась в списках пропавших без вести, и только в 1957 году московский журналист Георгий Фролов установил, что Вера Волошина была взята немцами в плен и 29 ноября 1941 года повешена в деревне Головково, в тот же день когда была казнена и Зоя Космодемьянская.

Тело Волошиной было похоронено местными жителями в том же селе, а позднее ее останки были перенесены в братскую могилу в деревню Крюково. В 1966 году она была награждена орденом Отечественной войны I степени посмертно, который во время празднования 25-летия Московской битвы был торжественно вручен в Кремле ее матери Клавдии Лукьяновне. В 1994-м году указом президента РФ Вере Волошиной посмертно присвоено звание Героя Российской Федерации.