Η σύλληψη του Τσε έγινε στις 8 Οκτώβρη 1967 στη Βολιβία, όταν ο στρατός του κυκλώθηκε από 1,800 στρατιώτες των Ειδικών Δυνάμεων της χώρας και αντιστάθηκε μέχρις ότου τραυματίστηκε, πέταξε τα όπλα του και παραδόθηκε. Σε κακή κατάσταση, ο Τσε και οι λιγοστοί συμπολεμιστές του οδηγήθηκαν στο σχολείο Λα Ιγκιέρα το ίδιο βράδυ. Το αντάρτικο στη Βολιβία είχε γίνει εξαιρετικά δύσκολο, χωρίς να έχει οργανωθεί ο πυρήνας της μάχιμης στρατιάς στην ορεινή περιοχή Νιανκαουασού, όπως ήταν το σχέδιο.
Φυσικά, την προσπάθεια σύλληψης του Αργεντίνου αντάρτη συντόνιζε και χρηματοδοτούσε η CIA, που είχε χρήσει τον Γκεβάρα ως το νο.1 επικίνδυνο στόχο, λόγω του ιδιαίτερου συνδυασμού μαχητικότητας και βαθιάς σκέψης που είχε, μαζί με τη γοητεία που ασκούσε στα πλήθη η επαναστατική του ματιά.
Αφού είχε μια σύντομη συνομιλία με τον πράκτορα της CIA, Φέλιξ Ροντρίγκεζ, ο Τσε ενημερώθηκε για την επικείμενη εκτέλεσή του από τον Μάριο Τεράν, ο οποίος ζήτησε να αναλάβει την εκτέλεση ο ίδιος, όμως δίστασε αρχικά, με τον Γκεβάρα να του φωνάζει: «Πυροβόλησέ με, δειλέ!Μόνο έναν άνθρωπο θα σκοτώσεις» και τον αξιωματικό να ρίχνει εννέα σφαίρες που σήμαναν και το τέλος του μεγάλου αγωνιστή. Ήταν 39 ετών.
Κηδεύτηκε μυστικά, 30 χλμ. μακριά από την Λα Ιγκιέρα και το σημείο ταφής δεν αποκαλύφθηκε μέχρι τη 12η Ιουλίου 1997. Βρισκόταν στο Βαγιεγκράντε της Βολιβίας και μεταφέρθηκε πίσω στην Κούβα για οριστική ταφή στην πόλη που τον δόξασε, τη Σάντα Κλάρα.
Σκοτώθηκε μεν, αλλά τελικά, όπως λένε οι περισσότεροι με τον θάνατο του έγινε απείρως πιο «επικίνδυνος», όντας ένα σύμβολο όχι μόνο της Κουβανικής Επανάστασης, αλλά κάθε επαναστατικής πράξης, αρχής γενομένης από το Μάη του ’68. Όπως είπε άλλωστε και ο Φιντέλ Κάστρο μερικές ημέρες αργότερα προς τον κουβανικό λαό, που θρηνούσε το χαμό του Τσε: «Η ζωή του είναι μια ένδοξη σελίδα της ιστορίας. Οι δολοφόνοι του θα απογοητευτούν όταν συνειδητοποιήσουν ότι η τέχνη στην οποία αφιέρωσε τη ζωή και την εξυπνάδα του δεν μπορεί να πεθάνει».