ร่มเกล้า เสียชีวิตจากการปะทะกับกลุ่มผู้ชุมนุมแนวร่วมประชาธิปไตยต่อต้านเผด็จการแห่งชาติ แดงทั้งแผ่นดิน (นปช.) ที่แยกคอกวัว เมื่อคืนวันเสาร์ที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2553 ช่วงหัวค่ำ ซึ่งเป็นหนึ่งในการชุมนุมของกลุ่ม นปช.นี้ในปีเดียวกัน โดยมีบาดแผลฉกรรจ์บริเวณศีรษะและลำตัวลักษณะถูกยิงหลายนัด ซึ่งในเหตุการณ์ครั้งนั้นมีผู้บาดเจ็บและเสียชีวิตจำนวนหนึ่งทั้งผู้ชุมนุมและเจ้าหน้าที่ทหาร รวมทั้งนายฮิโระ มุระโมะโตะ สื่อมวลชนชาวญี่ปุ่นด้วย [2]

หลังการเสียชีวิตแล้วร่มเกล้าได้รับการพระราชทานยศเป็น พลเอก[3] และได้รับการปูนบำเหน็จพิเศษให้เลื่อนชั้นเงินเดือน 9 ขั้น พร้อมกับที่กองทัพบกได้ขอพระราชทานเครื่องราชอิสริยาภรณ์ ขั้นทวีติยาภรณ์ช้างเผือก (ท.ช.) [1][4] ซึ่งสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ พระบรมราชชนนีพันปีหลวงทรงรับศพของพลเอกร่มเกล้าไว้ในพระบรมราชานุเคราะห์ในพิธีสวดพระอภิธรรม 7 วัน ที่วัดเทพศิรินทราวาส และเสด็จเป็นองค์ประธานในพิธีการวางพวงมาลาและพระราชทานน้ำหลวงอาบศพ พร้อมด้วย พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ขณะทรงดำรงพระราชอิสริยยศสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิราลงกรณ สยามมกุฎราชกุมาร[5] ต่อมาศพได้ถูกเคลื่อนย้ายไปประกอบพิธีที่วัดเซนต์หลุยส์ กรุงเทพมหานคร[6] ก่อนที่จะมีพิธีบรรจุศพซึ่งจัดขึ้นเมื่อวันที่ 23 เมษายน พ.ศ. 2553 ที่สุสานศานติคาม อำเภอสามพราน จังหวัดนครปฐม[7] โดยมีท่านผู้หญิงจรุงจิตต์ ทีขะระ รองราชเลขานุการในพระองค์สมเด็จพระบรมราชชนนีพันปีหลวง เป็นประธานในพิธี[8]