วันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2504 นายแสง หรือ เสงี่ยม หอมจันทร์ กับนายวิรัช หรือเจริญ กาญจนาภัย อดีตคนสวนที่ถูกพระนางเธอ ลักษมีลาวัณไล่ออกไปเห็นว่าพระนางเธอทรงเป็นเพียงเจ้านายสตรีทั้งยังชรา และอาศัยเพียงลำพัง กับทั้งเคยสังเกตว่าในตู้ชั้นล่างพระตำหนักลักษมีวิลาศมีเครื่องราชอิสริยาภรณ์ เข้าใจว่าเป็นของมีราคาทั้งสองจึงกลับเข้ามายังพระตำหนักลักษมีวิลาศ

ทั้งคู่ได้ลอบทำร้ายพระนางด้วยย่องเข้ามาทางข้างหลังใช้ชะแลงและสันขวานทำร้ายที่พระเศียรจนสิ้นพระชนม์ที่ห้องพระบรรทม[2] โดยที่พระวรกายบริเวณพระอุระ (หน้าอก) พบบาดแผลฉกรรจ์คล้ายถูกแทงอย่างโหดเหี้ยม 4 แผล ที่พระศอ (คอ) อีกแผลหนึ่ง ที่พระเศียร (ศีรษะ) ด้านหลังนั้นถูกตีจนน่วมมีพระโลหิตไหล[2] ทั้งสองได้ลากพระศพไปไว้ในโรงจอดรถหลังพระตำหนักเพื่ออำพราง แล้วค้นทรัพย์สินเท่าที่หาได้หนีไป ได้ไปแต่เครื่องราชอิสริยาภรณ์ และเงินพระราชสมบัติทั้งหมดไม่เหลือแม้แต่บาทเดียว ขณะที่ตู้เซฟที่เก็บฉลองพระองค์และเครื่องประดับของราชวงศ์จักรีมูลค่านับล้านบาทยังอยู่ในสภาพปกติ[2]

ภายหลังผู้ต้องหาทั้งสองถูกจับได้ และถูกพิพากษาให้ประหารชีวิต แต่ทั้งสองได้รับสารภาพ จึงได้รับการหย่อนโทษหนึ่งในสามคือให้จำคุกตลอดชีวิต เพื่อมิให้เป็นเยี่ยงอย่างต่อไป ด้วยพระนางเป็นพระบรมวงศานุวงศ์ชั้นพระองค์เจ้า

สำนักพระราชวัง มีประกาศเรื่อง พระนางเธอ ลักษมีลาวัณ ในรัชกาลที่ 6 สิ้นพระชนม์ เมื่อวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2504 มีใจความว่า

พระนางเธอ ลักษมีลาวัณ ได้เสด็จสิ้นพระชนม์จากการถูกคนร้ายลอบปลงพระชนม์ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงทราบฝ่าละอองธุลีพระบาทด้วยความสลดพระราชหฤทัยยิ่ง จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อมให้ไว้ทุกข์ในพระราชสำนักมีกำหนด 15 วัน ประดิษฐานพระศพ ณ ศาลามรุพงศ์ ในวัดมกุฏกษัตริยารามราชวรวิหาร

สำนักพระราชวัง

3 กันยายน พ.ศ. 2504