پس از انقلاب اسلامی، خسرو مهندسی از دانشگاه اخراج شد. او در سال ۱۳۵۷ به عضویت «شورای مدیران جامعه بهایی تهران» به نام «محفل روحانی تهران» درآمد. محفل روحانی هیاتی متشکل از ۹ نفر بهایی است که سالانه با رای بهاییان بزرگ‌سال در هر شهر یا روستا انتخاب می‌شود و مسوول رسیدگی به امور جاری جامعه بهایی در آن محل است.
۱۰ آبان ۱۳۶۰، ماموران به جلسه محفل روحانی تهران هجوم بردند و شش نفر اعضای آن، از جمله خسرو مهندسی را بازداشت کردند. این شش تن پس از دو ماه تحت فشار قرار گرفتن برای برگشتن از عقایدشان، در ۱۴ دی ۱۳۶۰، به اتهام پیروی از آیین بهایی تیرباران شدند.
خسرو مهندسی در زمان اعدام ۵۲ ساله بود. او در دادگاهی غیرعلنی بدون داشتن حق وکیل محاکمه شد. جسد او به خانواده‌اش تحویل داده نشد و احتمالا توسط ماموران به خاک سپرده شده است. به حکم دادگاه انقلاب، اموالش مصادره و حساب بانکی او به نفع دولت بسته شد.
