Su relación con Stalin fue de un auténtico amor-odio, siempre admiró al dirigente soviético, pero hubo episodios de auténtica violencia verbal en la vida privada de la pareja. En sus últimos meses antes de noviembre de 1932, la actitud de Nadia fue más reservada, apática, con una extrema rigidez y seriedad. Con sus hijos siempre tuvo una actitud de distancia, poco dada a mostrarles su amor y cariño. 

Murió en circunstancias aún no aclaradas el 9 de nociembre de 1932, hallada muerta en su habitación junto a un revólver Walther. Algunos autores hablan de que se suicidó pegándose un tiro, aunque hay teorías que hablan incluso de que pudo ser el propio Stalin el que llegará a asesinarla. En el momento de su muerte, el propio Stalin hizo firmar a los médicos de la cúpula dirigente un parte en el que se estipulaba que la causa de la muerte fue una apendicitis aguda. Se cree que la actitud de Stalin a partir de la muerte de su esposa dio un cambio radical y comenzó un proceso de aislamiento personal, de alejamiento de los grandes círculos sociales.