وقتل عبيد الله بصفين مع معاوية، وكان على الخيل يومئذٍ. وروى سفيان ابن عيينة عن عمرو بن دينار عن الحسن بن محمد بن علي، عن أبيه قال: قيل لعلي: هذا عبيد الله بن عمر عليه جبة خزٍّ، وفي يده سواك يقول: سيعلم عليُّ غداً إذا التقينا فقال عليُّ: دعوه إنما دمه دم عصفور. وروي أن عبيد الله بن عمر خرج بصفِّين في اليوم الذي قتل فيه، وجعل امرأتين له بحيث تنظران إلى فعله، وهما: أسماء بنت عطارد بن حاجب بن زرارة وبحرية بنت هانئ بن قبيصة الشيبانُّي. فلما برز شدَّت عليه ربيعة فنشب بينهم فقتلوه.
وروى ابن وهبٍ عن مالكٍ عن زيد بن أسلم أن عبيد الله بن عمر بن الخطاب قتل بصفين، وأن رجلاً ضرب أطناب فسطاطه بأوتاد، فعجز منها وتداً. فأخذ رجل عبيد الله بن عمر فربطه حتى أصبح. وروى ابن وهب عن السريِّ بن يحيى، عن الحسن أن عبيد الله بن عمر قتل الهرمزان بعد أن أسلم، فعفا عنه عثمان حين ولي. فلما ولي علي خشيه على نفسه، فهرب إلى معاوية حين فقتل بصفين. وقال ابن قتيبة في " المعارف ": كان عبيد الله بن عمر شديد البطش. فلما قتل عمر جرَّد سيفه فقتل بنت أبي لؤلؤة، وقتل الهرمزان وجفينة، رجل أعجمي، وقال: لا أدع أعجمياً إلا قتلته. فأراد علي قتله بمن قتل، فهرب إلى معاوية، وشهد معه صفين فقتل.
وأمُّ عبيد الله أم كلثوم: واسمها مليكة بنت جرول الخزاعية، وكانت على شركها حين نزلت:) ولا تمسكوا بعصم الكوافر (، فطلقها عمر فتزوجها أبو فهم بن حذيفة صاحب الخميصة، وقد تقدم ذكره في أول الكتاب.
وكان له من الولد: أبو بكر بن عبيد الله وعثمان بن عبيد الله. فولد أبو بكر خالداً ... وولد أبو بكرٍ أيضاً ... أمَّ سلمة، وكانت تحت الحجاج. وولد عثمان أمَّ عثمان، وكانت تحت عمر بن عبد العزيز.