El 26 de septiembre, Metallica tocaba en Estocolmo, Suecia. Fue una gran noche, sobre todo para la banda, era la primera vez que James volvía a tocar la guitarra desde hace meses, ya que se había roto el brazo al comienzo de la gira. Esa noche Cliff tocó un gran solo de bajo, en una versión muy melódica de «Star Spangled Banner», El Himno Nacional de los Estados Unidos. La última canción que Cliff tocó con Metallica fue un cover de la canción "Blitzkrieg", original de la banda del mismo nombre. Terminada la canción, James se dirigió al público diciéndole "Muchas gracias, Estocolmo (...) esperamos regresar muy pronto". Nada sabía James del fatídico desenlace que tendría aquella noche.
Después del concierto Metallica tomo el autobús para dirigirse de Estocolmo a Copenhague, para su próximo concierto, que se programó para el 27 de septiembre de 1986. A principios de esa misma noche, la banda eligió cartas al azar para asignarse los puestos en que dormirían, ya que todos querían dormir en la cama asignada a Kirk Hammett. Cliff sacó un as de picas y, al ser el más alto, eligió dicho puesto.
Alrededor de las 6:15 de la mañana, el conductor perdió el control del autobús y trató de enderezar el volante para volver a la carretera. El autobús empezó a patinar fuera de control y rodó varias veces antes de llegar a su fin. Cliff fue expulsado del autobús y éste le cayó encima. La banda salió del autobús y encontraron a Burton aplastado por el bus de la espalda hacia arriba. Según algunas versiones, Cliff murió instantáneamente al ser aplastado por el autobús. Más tarde, una grúa llegó para levantar el bus, la banda esperaba que Cliff pudiera haberse salvado, sin embargo, después de levantar el autobús, este se volvió a caer mientras la grúa lo levantaba, Según Mick Hughes, ingeniero de sonido de Metallica, nadie estaba seguro de si Cliff seguía vivo en ese punto. Finalmente el bus es levantado y es sacado el cuerpo de Cliff, confirmando su muerte.
Según el conductor, el vehículo derrapó debido a las placas de hielo que había en la carretera, lo que ocasionó el vuelco; James, furioso por lo sucedido, intentó golpearlo, siendo detenido por sus compañeros; posteriormente recorrió una distancia considerable de la carretera, buscando las mencionadas placas de hielo que el conductor había mencionado, aunque no encontró nada.
El informe del accidente declara como causa de fallecimiento, una compresión toraxica con una contusión pulmonar, atestiguado por el doctor Anders Ottoson, médico certificado. El informe policial señaló que la temperatura del aire en el lugar fue de 3,7 ºC, sin embargo, no se hace mención alguna de hielo de la carretera. Luego del accidente el pasaporte de Cliff, E 159240, fue cancelado y devuelto a sus padres. Las pesquisas determinaron que el conductor, contra las especulaciones, no iba ebrio ni dormido.
Esta trágica muerte no hizo más que ensalzar el virtuosismo de uno de los grandes de la historia del metal, que dejó melodías para el recuerdo como "Orion", canción que sonó en su propio entierro.
A partir de su muerte los homenajes y tributos realizados por sus compañeros de profesión han sido numerosos, pero cabe destacar el documental que su banda sacó en formato de DVD/VHS "Cliff 'Em All" y la canción "To Live is To Die" incluida en el ...And Justice For All. Esta canción contiene poemas del propio Cliff.
Además Dave Mustaine, líder de la banda Megadeth también escribió una canción de tributo a Cliff, la magnífica "In My Darkest Hour". Otro grupo de Trash Metal, Anthrax dedicó uno de sus discos más míticos al difunto bajista. "Among The Living" iba por tí, Cliff.
Este es el mejor homenaje que le puedo hacer yo...
Long Live Cliff Burton!