เวลา 02:45 น. ของคืนวันที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2546 บิ๊กได้ขับรถยนต์บีเอ็มดับเบิลยู รุ่น 318 หมายเลขทะเบียน วพ 4973 กรุงเทพมหานคร ของตนและมีเพื่อนโดยสารไปด้วยหนึ่งคน เพื่อกลับบ้านหลังจากแสดงคอนเสิร์ตเสร็จ[7] แต่กลับประสบอุบัติเหตุรถพลิกคว่ำตกลงไปในคูน้ำที่ถนนศรีนครินทร์ จังหวัดสมุทรปราการ ตำรวจ สภ.อ.เมืองสมุทรปราการ จึงนำทั้งคู่ส่งโรงพยาบาล

โดยทางทางต้นสังกัด คือ บริษัท อาร์เอส จำกัด (มหาชน) ได้จัดคอนเสิร์ตพิเศษในชื่อ "ดีทูบี เดอะ เนเวอร์-เอ็นดิ้ง คอนเสิร์ต : ทริบูต ทู บิ๊ก ดีทูบี" ขึ้นในวันที่ 6 มีนาคม พ.ศ. 2547 ที่หอประชุมใหญ่ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ท่าพระจันทร์ เพื่อเป็นการระลึกถึงบิ๊ก และถือเป็นการยุติวงดีทูบีไปในตัว โดยรายได้จากการจัดคอนเสิร์ตเมื่อหักค่าใช้จ่ายแล้ว ได้มอบให้ครอบครัวของบิ๊ก เพื่อเป็นค่าใช้จ่ายในการรักษาด้วย[8]

ส่วนอาการของบิ๊กเบื้องต้นยังเป็นไปได้ด้วยดี ยังมีความรู้สึกตัวดี แต่ไม่นาน ก็ต้องนอนโดยไม่รู้สติ เพราะสมองถูกเชื้อโรคที่มาจากน้ำเน่าในคูทำลาย แฟน ๆ ที่ทราบข่าวซึ่งส่วนใหญ่เป็นเด็กวัยรุ่นหญิง ต่างพากันไปเยี่ยมเยียนและร้องไห้เป็นกลุ่มจำนวนมากกลุ่มหนึ่ง การรักษา คณะแพทย์ได้พยายามช่วยชีวิตบิ๊กด้วยการให้ยาและผ่าตัดอยู่หลายครั้ง รวมถึงยาตัวใหม่ที่เพิ่งมีการผลิตออกมาด้วย แต่ก็ทำได้เพียงช่วยไม่ให้เสียชีวิตเท่านั้น แต่สมองก็ยังไม่รับรู้ใด ๆ ทั้งสิ้น ได้ย้ายที่รักษาไปหลายแห่ง และต้องนอนรักษาตัวอยู่นานถึง 4 ปี โดยมี น.พ.มนูญ ลีเชวงวงศ์ เป็นแพทย์เจ้าของไข้ ซึ่งคณะแพทย์ผู้รักษาได้เปิดแถลงข่าว แถลงความคืบหน้าของอาการเป็นระยะ ๆ จนกระทั่งเวลา 09:00 น. ของวันที่ 9 ธันวาคม พ.ศ. 2550 บิ๊กก็ได้เสียชีวิตลงในที่สุด ที่โรงพยาบาลศิริราช ด้วยอาการติดเชื้อในกระแสเลือด รวมอายุได้ 25 ปี กับ 1 สัปดาห์

พิธีศพของบิ๊ก ได้จัดขึ้นที่ ศาลา 3 วัดหนามแดง (ซึ่งเป็นศาลาที่ใช้ทำบุญวันเกิดบิ๊ก ตลอด 4 ปี ที่เป็นเจ้าชายนิทรา) โดยมีการสวดอภิธรรม 7 วัน ก่อนจะมีพิธีบรรจุศพ (ซึ่งครอบครัวกิตติกรเจริญ ได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากพระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร สมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวง พระราชทานพวงมาลาหน้าศพ พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัว ขณะยังทรงเป็นสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร พระราชทานพวงมาลา และทรงเป็นเจ้าภาพสวดอภิธรรม 7 วัน พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าศรีรัศมิ์ พระวรชายาฯ สมเด็จเจ้าฟ้าฯ กรมหลวงราชสาริณีสิริพัชร มหาวัชรราชธิดา และ สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าสิริวัณณวรี นารีรัตนราชกัญญา ประทานพวงมาลาหน้าศพ) และตลอดระยะเวลา 100 วันที่ได้มีการบรรจุศพของบิ๊ก จะมีการสวดพระอภิธรรมทุกวันพระใหญ่ โดยจะมีแฟนคลับ และผู้ที่มีความผูกพันกับบิ๊กไปร่วมงานเสมอ วันทำบุญครบรอบ 50 และ 100 วันก็มีการถวายภัตตาหาร และทำบุญร่วมกัน ซึ่งจะมีคนมาร่วมงานมากกว่าปกติ วันที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2551 ซึ่งเป็นวันสวดอภิธรรมวันสุดท้าย พระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัวขณะยังทรงเป็นสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร ทรงรับไว้ในพระราชานุเคราะห์

และครอบครัวกิตติกรเจริญก็ได้รับพระมหากรุณาสูงสุด เมื่อได้รับพระราชทานเพลิงศพจากพระบาทสมเด็จพระวชิรเกล้าเจ้าอยู่หัว ขณะยังทรงเป็นสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร รวมทั้งสมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าสิริวัณณวรี นารีรัตนราชกัญญา เสด็จแทนพระองค์มาพระราชทานเพลิงศพ ในวันที่ 20 มีนาคม พ.ศ. 2551 โดยตลอดวันมีผู้คนเป็นจำนวนมากมาร่วมไว้อาลัยบิ๊กเป็นครั้งสุดท้าย โดยมีหลายคนที่ปักหลักอยู่ที่วัดหนามแดง จนกระทั่งได้รับคำยืนยันจากเจ้าหน้าที่ทางวัดหนามแดงว่าศพได้เผาหมดแล้ว จึงแยกย้ายกันกลับบ้าน และในวันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2551 ครอบครัวและคนใกล้ชิด ได้นำอัฐิของบิ๊กไปลอยอังคารที่จังหวัดประจวบคีรีขันธ์

แม้ทุกวันนี้บิ๊กจะเสียชีวิตไปแล้ว แต่แฟนคลับ และคนใกล้ชิด ก็ยังแวะไปเยี่ยมเยียนครอบครัวกิตติกรเจริญเสมอ[9] โดยมีงานทำบุญครบรอบวันคล้ายวันเสียชีวิตในวันที่ 9 ธันวาคมของทุก ๆ ปี โดยมีแดน วรเวช และ บีม กวี มาร่วมงานทำบุญนี้ด้วยตั้งแต่ปี พ.ศ. 2551 เป็นต้นมา