Было высказано предположение, что тошнота и боль в животе вызвана тем, что он заразился, выпив воды, инфицированной холерой. Накануне, обедая с Модестом и Бобиком, он налил себе из графина водопроводной воды и сделал несколько глотков. Речь шла о некипяченой воде, а в это время в Петербурге вновь свирепствовала эпидемия холеры. Такая версия казалась вполне возможной, кроме того, Модест, описывая последующие события, постарался еще более повысить ее правдоподобие. Согласно его изложению, у Чайковского начался сильный понос, сопровождавшийся рвотой, и это ослабило его до такой степени, что через несколько часов он уже не был в состоянии говорить, а боли в животе настолько усилились, что заставляли его поминутно вскрикивать. Врач Чайковского доктор Василий Бертензон и приглашенный в качестве консультанта его брат доктор Лев Бертензон провели всю ночь у постели больного. Лишь ранним утром им на смену пришел их ассистент доктор Мамонов, которого в 3 часа дня сменил доктор Сандерс, также ассистент доктора Бертензона. Днем наступило относительное улучшение и Чайковский сказал посетившему его доктору Бертензону: «Благодарю Вас, Вы вырвали меня из лап смерти». Но уже на следующий день, 4 ноября, он почувствовал себя явно хуже и сказал Модесту: «Думаю, это смерть». В том же духе высказался он и доктору Бертензону: «Сколько доброты и терпения тратите Вы понапрасну, меня уже нельзя вылечить». Диарея усилилась, тянущая боль в мышцах становилась невыносимой. К концу этого дня 4 ноября появилась устойчивая задержка мочеиспускания, возникла угроза почечной недостаточности, в связи с чем врачи порекомендовали теплую ванну. Больной не забыл, чем закончилась эта процедура для его матери, умершей от холеры, и так прокомментировал этот совет: «Охотно, купание пойдет мне на пользу, только я наверняка умру, как моя мать, если Вы окунете меня в воду». Учитывая слабость пациента, врачи решили пока отказаться от ванны.
5 ноября состояние больного быстро ухудшалось, он впал в беспамятство, бредил, можно было разобрать, что он произносил имя Надежды Филаретовны. К полудню возникла угроза полного прекращения деятельности почек, и доктор Лев Бертензон все же решился на теплую ванну. Эта процедура вызвала обильное потоотделение и вызвала у больного еще большую слабость, но не оказала положительного влияния на работу почек. В течение нескольких часов физическое состояние больного стало катастрофическим и доктор Сандерс срочно вызвал доктора Льва Бертензона. Но и тот, как и следовало ожидать, оказался бессилен изменить неблагоприятное течение заболевания. Николай Чайковский срочно послал за священником, который, будучи уже не в состоянии исповедовать больного, отказался причастить его святым дарам. В три часа утра 6 ноября агония подошла к концу. Модест так пишет об этом: «Неожиданно Петр Ильич открыл глаза, в которых мы увидели явный отсвет ясного сознания. Он по очереди задержал взгляд на тех троих из нас, кто стоял ближе всего к нему, а затем обратил его к небу. Еще несколько мгновений что-то светилось в его глазах, но вскоре угасло вместе с его последним вздохом».
Основываясь на красочном рассказе Модеста, биографы Чайковского, как и врачи, были до самого последнего времени твердо убеждены в том, что причиной смерти композитора явилась холера, эпидемия которой свирепствовала в то время в Петербурге. Споры вызывал лишь вопрос о том, случайно ли, по небрежности, заразился Чайковский этим заболеванием или это было сделано сознательно. В последнее время большинство исследователей склонялось к последней версии. Модест, автор обширной биографии Чайковского, обходит эту тему молчанием, поэтому казалось, что ответ на этот вопрос уже никогда не будет получен.
