او از نخستین کسانی بود که پس از صدور فرمان مشروطه به صف مجاهدین پیوست و در راه مشروطیت ایران به عنوان سردار و پیشرو شناخته شد. ستارخان با حکم آخوند ملاکاظم خراسانی که از مراجع عالیمقام نجف بودند به منظور تسریع و تثبیت پیروزی انقلاب مشروطه از تبریز عازم تهران شد و مورد استقبال مردم قرار گرفت. پس از چندی درگیریهای موجود میان اعتدالیون و دموکراتها موجب شد دولت اقدام به خلع سلاح هر دو گروه کند. در این میان عدهای از اعتدالیون و ازجمله ستارخان حاضر به تسلیم اسلحه خود نشدند. لذا باغ اتابک محل اسکان ستارخان و یارانش توسط یپرمخان، رئیس نظمیه وقت محاصره شد و هجوم نظامی قوای دولتی به باغ سبب مجروح شدن ستارخان از ناحیه پا گردید و پس از آن توسط ماموران دولتی دستگیر و خلع سلاح شد. بعد از این وقایع ستارخان خانهنشین شد و با وجود سعی پزشکان در مداوای وی، نتیجهای حاصل نشد و ستارخان در 25 آبان 1293 شمسی در تهران درگذشت. آخرین وصیت او در بستر خطاب به همرزمش این بود که «تسلیم نشوید، تن به بردگی ندهید و مانند آهن و فولاد باشید.» پیکر ستارخان در مقبره طوطی در جوار بقعه مطهر حضرت عبدالعظیم(ع) به خاک سپرده شد.