8 августа 1935 года священник вновь был арестован. Начались изнурительные допросы, на которых от исповедника не удалось добиться никаких признаний.14 декабря священник был осужден на 5 лет лишения свободы в Карагандинском исправительно-трудовом лагере. Находясь в командировке в 1936 году на участке Тартаул, несколько священнослужителей выложили из камней изображения храма, алтаря, крестов, икон на берегу реки Чурбай-Нура и совершали здесь богослужение и молебны. Среди них был и отец Александр Орлов. Узнав об этом, власти начали новое дело по обвинению в «контрреволюционной деятельности».На допросах священники держались твердо, своей вины не признали и показаний на других не дали. В октябре 1937 года отца Александра и других священнослужителей, проходивших вместе с ним по этому делу, приговорили к смертной казни. 2 ноября доблестных воинов Христовой веры были расстреляны.

Священномученик Александр Орлов канонизирован Юбилейным Архиерейским Собором Русской Православной Церкви в августе 2000 года.