درباره نحوه شهادت امام رضا(ع) اختلاف‌نظرهایی وجود دارد؛ اما قول مشهور علمای شیعه و تعداد زیادی از علمای اهل سنت این است که امام(ع) به دست «مأمون» خلیفه عباسی مسموم شد و به شهادت رسید. مأمون قدرتمندترین خلیفه‌ای بود که تا آن زمان بر مسلمانان تسلط پیدا کرد و بدون اغراق می‌توان گفت در حیله‌گری همتایی نداشت.
روش مأمون برعکس خلفای قبلی دسیسه‌چینی، گمراهی اذهان و فریب مردم بود. او با جمع کردن دانشمندان گرد هم و راه‌اندازی سنت ترجمه کوشش کرد علم و علمایی در برابر ائمه اطهار(ع) عَلَم کند و سعی کرد با راه‌اندازی مناظره‌های متعدد امام رضا(ع) و امام جواد(ع) را به شکست علمی بکشاند تا مسلمانان را در امامت اهل بیت(ع) دچار تردید کند.
البته همه دانشمندان مسلمان و غیر مسلمان جهان که به توس دعوت شدند، در تمام مناظرات‌شان با این دو امام عزیز شکست خوردند و آشکارا به قدرت علمی ایشان اعتراف کردند، در حالی‌که مأمون ناامید نمی‌شد و به این طرح خود برای کوچک کردن مقام و منزلت اهل بیت(ع) ادامه می‌داد.
مأمون پس از به قدرت رسیدن، در راستای محدود کردن امام رضا(ع) و قطع کردن ارتباط ایشان با شیعیان، مأمورانی به سمت مدینه فرستاد تا ایشان را از مدینه به توس بیاورد. شیخ صدوق از «معول سجستانى» نقل کرده است: «زمانى كه براى بردن امام رضا(ع) به خراسان پیكى به مدینه آمد، من در آنجا بودم. امام به منظور وداع از رسول خدا(ص) وارد حرم شد، او را دیدم كه چندین بار از حرم بیرون مى‌‌آمد و دوباره به سوى مدفن پیغمبر(ص) بازمی‌گشت و با صداى بلند گریه مى‌‌كرد. من به امام نزدیك شده و سلام كردم و علّت این موضوع را از آن حضرت جویا شدم. ایشان در جواب فرمودند: من از جوار جدّم بیرون رفته و در غربت از دنیا خواهم رفت.»(عيون اخبارالرضا، ص 218)؛ همچنین از «حسن‌بن‌على وشّاء» نقل شده است كه امام به او فرمودند: «موقعى كه مى‌خواستند مرا از مدینه بیرون ببرند، افراد خانواده‌ام را جمع كرده و دستور دادم براى من گریه كنند تا گریه آنها را بشنوم. سپس در میان آنها دوازده هزار دینار تقسیم كرده و گفتم من دیگر به سوى شما باز نخواهم گشت.»(همان، ج 1، ص 169). تمامی منابع تاریخی می‌گویند امام رضا(ع) به اکراه و اجبار به سمت توس برده شد و حتی مقام ولایت‌عهدی را به اجبار پذیرفت.
زمانی که هارون زنده بود، به کرات از او خواستند امام(ع) را از سر راه بردارد؛ ولی او نتوانست این کار را انجام دهد. مأمون در زمان خلافتش بنا داشت این کار را غیر مستقیم انجام دهد؛ از ترور شخصیتی امام(ع) گرفته تا ایجاد وضعیتی برای به شهادت رسیدن امام(ع) به دست افرادی دیگر و همچنین با نسبت دادن اتهامات کذب مانند ادعای الوهیت امام(ع) و... .
مأمون وقتی از استقبال چشمگیر مردم در طول مسیر و از کرامات و حتی معجزات متعدد و بیان حدیث شریف «سلسله‌الذهب» اطلاع یافت، محدودیت‌هایش را بیشتر کرد و حتی دستور داد ایشان را چند روزی در سرخس زندانی کنند تا بین مردم این شایعه را مطرح کند که امام(ع) ادعای الوهیت کرده است(همان، ج ۲، ص ۱۸3)؛ اما در آخر مجبور شد خود، امام را مسموم کند و به شهادت برساند.
این در حالی است که برخی علمای اهل سنت معتقدند مأمون، امام رضا(ع) را مسموم نکرده است و برای این گفته خود دلایلی هم ذکر می‌کنند؛ مانند ازدواج دخترش با امام جواد(ع)، اذعان به برتری امام رضا(ع) در برابر علما و ناراحتی‌اش پس از درگذشت امام رضا(ع) و...! ابن‌جوزی می‌گوید: «وقتی عباسیان دیدند خلافت از دست آنها خارج شده(به واسطه ولایت‌عهدی) و به دست علویان افتاده، امام رضا(ع) را مسموم کردند.»
همچنین طبری می‌نویسد: «مأمون نامه‌ای به بنی‌عباس در بغداد نوشت و مرگ علی‌بن‌موسی(ع) را به آنان اعلام کرد و از آنان خواست که به اطاعت او درآیند؛ زیرا دشمنی آنان با او جز با بیعت وی با علی‌بن‌موسی(ع) نبوده است.»
حتی برخی مورخان اهل سنت گفته‌اند، علی‌بن‌موسی‌الرضا(ع) به مرگ طبیعی از دنیا رفته است. این اقوال صحیح نیست؛ زیرا اسناد و شواهد متعدد و متقنی علیه آن وجود دارد. در مقابل روایاتی مستند از امام رضا(ع) وارد شده است که حضرت شهادت خود را پیش‌گویی کرده و عامل این جنایت را مأمون دانسته است. امام رضا(ع) به «هرثمه‌بن‌اعین» می‌گوید: «موقع مرگ من فرا رسیده است. این طاغی(مأمون) تصمیم گرفته مرا مسموم کند...»؛ روایتی را شیخ مفید از «محمد‌بن‌جهم» ذکر کرده که می‌گوید:
«حضرت رضا(ع) انگور دوست می‌داشت. پس قدری انگور برای حضرت تهیه کرد، در حبه‌های آن به مدت چند روز سوزن‌های زهرآلود زد. سپس آن سوزن‌ها را کشیده و نزد آن بزرگوار آورد... آن حضرت از آن انگورهای زهرآلود بخورد و سبب شهادت ایشان شد»؛ روایتی نیز از «اباصلت هروی» نقل شده که می‌گوید: «مأمون، امام رضا(ع) را فراخواند و آن حضرت را مجبور کرد از انگور بخورد. آن حضرت به واسطه آن انگور مسموم شد و به شهادت رسید.» آنچه مسلم است، مأمون قصد داشت با حیله‌های متعدد در به شهادت رساندن امام رضا(ع) ردی از خود باقی نگذارد و شیعیان را گمراه کند.