Guy est arrêté à 16 ans le 13 octobre 1940 au métro Gare de l'Est par des policiers français qui recherchent les militants communistes. Les policiers le passent à tabac pour qu'il révèle les noms des amis de son père. Emprisonné à Fresnes, puis à Clairvaux, il est ensuite transféré malgré son acquittement au camp de Châteaubriant (Loire-Atlantique), où étaient détenus d'autres militants communistes généralement arrêtés entre septembre 1939 et octobre 1940. Il est à la baraque 10, la baraque des jeunes où il se lie d'amitié avec Roger Sémat et Rino Scolari. Ce dernier, un peu plus âgé que lui deviendra un des responsables FFI au moment de la Libération de Paris.

Le 20 octobre 1941, Karl Hotz, commandant des troupes d'occupation de la Loire-inférieure, est exécuté à Nantes par trois jeunes communistes. Le ministre de l'Intérieur du gouvernement de collaboration de Pétain, Pierre Pucheu, sélectionne des otages communistes « pour éviter de laisser fusiller 50 bons Français » : 18 emprisonnés à Nantes, 27 à Châteaubriant et 5 Nantais emprisonnés à Paris.

Deux jours plus tard, neuf poteaux sont dressés à la Sablière, vaste carrière à la sortie de Châteaubriant. En trois groupes, les 27 otages s'y appuient, refusent qu'on leur bande les yeux et donnent leur vie en s'écriant « vive la France ! ». Guy Môquet est le plus jeune. Il a un évanouissement mais il est fusillé dans cet état. Il est abattu à 16h00. Avant d'être fusillé, il avait écrit une lettre à ses parents.