Летом 1936 года Глинский возвратился в Москву и продолжил работу в центральном аппарате внешней разведки.

30 августа 1937 года Станислав Мартынович был арестован по личному распоряжению наркома Ежова. Вместе с ним была арестована и его жена Анна, долгие годы являвшаяся его помощницей в разведывательной работе.

Станиславу Глинскому как поляку было предъявлено обвинение в сотрудничестве с польской разведкой. В сохранившемся в архивах следственном деле имеются сведения о том, как ежовские следователи пытались связать его и В.А. Антонова-Овсеенко, бывшего послом в Праге, с вымышленной польской националистической организацией.

9 декабря 1937 года Станислав Мартынович Глинский был расстрелян по постановлению особой «тройки». Родственникам позднее была выдана справка о смерти Глинского, которая якобы наступила 17 сентября 1939 года.

Жена Глинского была сослана на десять лет в Карагандинские лагеря. В 1947 году, отбыв наказание, она, больная, возвратилась к родственникам в Москву, но была вновь арестована и сослана в Воркуту. По дороге Анна скончалась и была похоронена в безымянной могиле в воркутинской тундре.

22 сентября 1956 года Военная коллегия Верховного суда СССР посмертно реабилитировала генерала Глинского, не найдя в его действиях состава преступления.