沈炼以低微的职位与严嵩父子进行了不屈不挠的斗争，但他的慷慨正义却触怒了嘉靖皇帝。皇帝下诏说，沈炼去年在金殿吵闹，不注意作为人臣的礼仪，现在又想通过诬告诋毁大臣来获取名声，责令对他廷杖数十，最后，沈炼被廷杖后贬斥到塞外的保安州种田。
沈炼在保安种田，州城北关的一个商人主动腾出房屋让他居住，里长帮助沈炼解决柴米。沈炼同乡里人谈论些忠义大节之事，也写些壮怀激烈的诗篇。沈炼携妻挈子在保安五年多，虽沦落草野，而发愤抗疏之心犹耿耿不能忘焉，保安系边境地区。当时，保安州所属的宣大总督为严嵩干儿子杨顺，他谎报战绩，放纵士兵杀良献首冒功请赏，沈炼获悉在杨顺的庆功宴上献诗一首：“杀良献首古来无，解道功成万骨枯。白草黄沙风雨狂，冤魂多少觅头颅”。杨顺忌恨不已。在保安，沈炼还以李林甫、秦桧、严嵩的像作靶，让人日日练射，这使严氏更加刻骨切齿，必欲置之死地而后快，遂密令杨顺等杀害沈炼。
兵部侍郎、宣大总督杨顺与蒙古鞑靼部落交战，丢失城池40余座，杨顺却杀害一批躲避战争的无辜居民来谎报军功。沈炼访知此事，给杨顺寄去两首诗责问他，措辞十分严厉尖刻。杨顺即与巡察保安州的御史路楷商议，以白莲教的名义杀害沈炼，沈炼被害，享年五十一岁。
沈炼死后，杨顺还把沈炼的次子杖死，并派人前往浙江捉拿沈炼长子沈襄，捉拿后每日严刑拷打，后来给事中吴时来上疏揭发杨顺、路楷，皇上看后大怒，下令缉捕两人，释放沈襄。严嵩父子倒台后，朝廷为沈炼平反昭雪，追赠他为光禄少卿，并在保安卫西街为他建立了祠堂，追谥号忠愍。沈炼的侄儿沈京、孙子沈良卿和他们的后代一直留在保安州，求学成家立业。