W 1030 roku Olaf wrócił do Norwegii, żeby odzyskać władzę. Decydująca bitwa rozegrała się w okręgu Trøndelag niedaleko Stiklestad 29 lipca. Podobno tuż przed bitwą Olaf miał sen o tym, że wspina się po drabinie do nieba. Broniąca Trøndelagu armia przewyższała liczebnie armię Olafa. Miał zginąć od trzech ciosów zadanych mu przez trzech możnych: Kalva Arnessona, Torego Hunda i Torsteina Knarresmeda.

Kult Podobno po śmierci Olafa wielu ludzi żałowało, że występowali przeciwko królowi. Po kraju zaczęły krążyć historie o jego chwalebnych czynach i o cudach, które dokonywać się miały przy jego zwłokach. Chłop ze Stiklestad pogrzebał Olafa w Trondheim (w średniowieczu Nidaros). Podobno kiedy rok później zwłoki ponownie wykopano, zobaczono, że zmarłemu urosły paznokcie i włosy. Stwierdzono, że stał się cud i król zyskał przydomek święty. Później wielu pielgrzymów jechało do Nidaros, by szukać pocieszenia i pomocy u Olafa. Tam wzniesiono ku jego czci ogromny kościół.

Uroczystej elewacji dokonał biskup Grimkell 3 sierpnia 1031 roku. Obecnie relikwie św. Olafa spoczywają w miejscowej katedrze wybudowanej w 1152 roku.

Olaf II Święty jest patronem i obrońcą Norwegii i uważany jest za męczennika.