28 августа генерал Л.Г. Корнилов, снятый накануне с должности Верховного главнокомандующего, предпринял попытку установить военную диктатуру для предотвращения окончательного краха русской государственности. Им были двинуты в столицу войска. Утром названного дня Ф.Ф. Кокошкин был приглашен на частное совещание министров. В докладе на заседании Московского городского комитета партии кадетов, произнесенном 31 августа 1917 года, он рассказал, что застал Керенского "очень потрясенным", — Керенский говорил, что положение почти безнадежно, "войска, руководимые Корниловым, быстро приближаются, миновав все преграды". По словам Кокошкина, "впечатление было такое, что к вечеру Петроград будет ими занят… Гражданская война казалась неизбежной. Надо сказать, что в это время в к.-д. — ских кругах созрел некоторый план. Руководители партии главной задачей ее считали предупреждение междуусобной войны. Когда началось совещание, я предложил посредничество ген. Алексеева, чтобы уладить конфликт. Один из министров-социалистов, фамилию которого я в свое время могу огласить, предлагал составить директорию из нескольких лиц при участии ген. Алексеева. Я же стоял за то, чтобы Керенский, покинув правительство, передал власть Алексееву, что поддерживал также один из социалистов. Когда все высказались, то было ясно, что большинство стояло за Алексеева, но обсуждение наше кончилось ничем. Керенский, подчеркнув, что это частное совещание, как-то прервал его без всякого заключения".
Возмущенный поведением Керенского во время так называемого "корниловского мятежа", Ф.Ф. Кокошкин подал ему заявление о своей отставке с поста государственного контролера и выходе из состава Временного правительства. 31 августа желание Кокошкина было удовлетворено. С этого времени он сосредоточился на доработке закона о выборах в Учредительное собрание.
Выборы в Учредительное собрание проводились с 12 по 14 ноября 1917 года, то есть после захвата власти большевиками. Ф.Ф. Кокошкин был избран в его состав от кадетской партии. Первое заседание Учредительного собрания должно было состояться, как и планировалось еще до большевистского переворота, 28 ноября 1917 года. Днем раньше Федор Федорович приехал в Петроград. Вместе со своей супругой М.Ф. Кокошкиной, А.И. Шингаревым и князем Павлом Долгоруковым он остановился на квартире графини Паниной. Утром следующего дня Кокошкин был арестован с рядом других лиц, избранных в Учредительное собрание от кадетской партии. Арест производил Гордон, бывший когда-то студентом Ф.Ф. Кокошкина. Показывая ордер на арест, он пояснил, что все арестованы за то, что не захотели признать власть народных комиссаров.
С 29 ноября 1917 года до 6 января 1918 года его содержали в одиночной камере Трубецкого бастиона Петропавловской крепости. Ухудшение здоровья Ф.Ф. Кокошкина заставило его родственников и врачей обратиться с просьбой в Наркомат юстиции о переводе его в больницу. 6 января Федор Федорович был переведен в Мариинскую тюремную больницу. В ночь с 6 на 7 января он был убит в своей больничной палате матросами-анархистами.
"Всегда в застегнутом сюртуке, сшитом в талию, в ботинках самой последней моды и в непомерно высоких крахмальных воротничках, из которых выглядывало маленькое сухонькое личико с маленькими глазками, умно блестевшими из-за пенсне" — так описал внешний вид Ф.Ф. Кокошкина князь В.А. Оболенский. М.М. Винавер характеризовал его облик более детально: "Тонкий, стройный, моложавый, изящно одетый человек, с мелкими чертами лица, на котором выделялся только высокий красивый лоб, сдержанные движения, сильный голос, но без оттенков и модуляций, дефекты при произнесении некоторых букв. Я не помню оратора, который бы так мало утомлял слушателя и так легко и спокойно держал его в своей власти, не страстными порывами, не красотой фразы, а единственно и исключительно неустанным, ровным и постоянным накоплением мысли, — той интуитивно создаваемой гармонией между темпом мысли слушателя и темпом мысли оратора, которая прочнее всего связывает трибуну с аудиторией. Слушатель не ощущает речи, как таковой, как оболочки; он не ощущает даже самой личности оратора; он весь скован плавным ходом мысли, которая идет ему навстречу, так угадывает что ему, случайно, нужно, точно оратор подслушал его душевные сомнения"
.