ด้วยความที่ต้องรับแรงกดดันกดดันหลาย ๆ ด้าน และเพื่อเป็นการเรียกร้องต่อหน่วยงานภาครัฐให้ใส่ใจต่อการอนุรักษ์ธรรมชาติอย่างแท้จริง สืบจึงตัดสินใจประท้วงด้วยการฆ่าตัวตายด้วยอาวุธปืนในบ้านพักของสืบที่ห้วยขาแข้ง

วันที่ 31 สิงหาคม พ.ศ. 2533 สืบยังคงปฏิบัติงานตามปกติ และได้เตรียมจัดการทรัพย์สินที่หยิบยืมและทรัพย์สินส่วนตัว และอุทิศเครื่องมือเครื่องใช้ในการศึกษาวิจัยด้านสัตว์ป่าให้แก่สถานีวิจัยสัตว์ป่าเขานางรำ สั่งให้ตั้งศาลเคารพดวงวิญญาณเจ้าหน้าที่ที่เสียชีวิตในการรักษาป่าห้วยขาแข้ง ในช่วงหัวค่ำของสืบยังคงปฏิบัติตัวพูดคุยกับเจ้าหน้าที่ตามปกติดั่งเช่นเคยทำ ครั้นช่วงดึกสืบขอลากลับไปบ้านพัก โดยกลับไปเตรียมจัดการทรัพย์สินที่เหลือและได้เขียนจดหมายหกฉบับ มีเนื้อหาสั้น ๆ ชี้แจงการฆ่าตัวตาย จนกระทั่งเช้ามืดวันที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2533 มีเสียงปืนดังขึ้นจากบ้านพักของสืบหนึ่งนัด จนกระทั่งช่วงก่อนเที่ยงของวันจึงได้มีเจ้าหน้าที่ของกรมฯ เข้าไปดู ซึ่งก่อนหน้าเข้าใจว่าสืบไม่สบาย และเมื่อเข้าไปพบร่างของสืบนอนตะแคงข้างห่มผ้าเรียบร้อย พอเข้าไปใกล้จึงได้เห็นอาวุธปืนตกอยู่ข้าง ๆ และเห็นบาดแผลที่ศีรษะด้านขวา สืบได้จบชีวิตลงอย่างเตรียมตัวและพร้อมอย่างสงบ

สองสัปดาห์ต่อมา ข้าราชการชั้นผู้ใหญ่จึงประชุมกำหนดมาตรการป้องกันการบุกรุกป่าห้วยขาแข้ง ทั้งที่ก่อนหน้านี้ สืบได้พยายามขอให้ประชุมมาแล้วหลายครั้ง จึงมีผู้กล่าวว่า ถ้าไม่มีเสียงปืนในวันนั้น ก็ไม่มีการประชุมดังกล่าว