ในวันที่ 24 พฤศจิกายน 2550 หลังจากที่โทโมโกะเข้าร่วมประเพณีลอยกระทงเผาเทียนเล่นไฟในจังหวัดสุโขทัย เธอได้กลับไปยังบ้านรับรองของเธอและทิ้งกระเป๋าสัมภาระไว้ที่นั้น วันที่ 25 พฤศจิกายน โทโมโกะได้เช่าจักรยานเพื่อขี่ชมทิวทัศน์รอบ ๆ อุทยานประวัติศาสตร์สุโขทัย จากนั้นจึงเดินทางไปยังวัดสะพานหินเพื่อไหว้สักการะ เมื่อมาถึง โทโมโกะถูกซุ่มโจมตีและถูกใช้มีดปาดคอและลำตัวของเธอ[3][7] จนทำให้เธอช็อคจากการเสียเลือดและเสียชีวิตลงในที่สุด[1][2] เดอะเนชั่นกล่าวว่าเวลาในการฆาตกรรมนั้นอยู่ในกรอบเวลา 9:00 น. จนถึง 10:30 น.[3] ร่างของเธอถูกพบที่ทางขึ้นวัดสะพานหิน[8] ตำรวจสันนิษฐานว่าโทโมโกะพยายามขัดขืนการดักชิงทรัพย์ของผู้ก่อเหตุและวิ่งหนีลงเขา จากนั้นเธอจึงล้มลงและถูกผู้ก่อเหตุนำมีดปาดคอ[9] ส่วนกระเป๋าที่เธอห้อยคออยู่นั้นมีพาสปอร์ตและกล้องดิจิทัลหายไป ส่วนเงินสดจำนวน 2,877 บาทไม่ได้ถูกขโมย[10] อีกทั้งในกระเป๋าของเธอยังมีบัตรผู้เข้าชมศูนย์อนุรักษ์ช้างไทยในจังหวัดลำปางซึ่งเป็นวัตถุที่ทำให้เจ้าหน้าที่ทราบถึงชื่อและสัญชาติของโทโมโกะ[11]

ระหว่างที่โทโมโกะได้ออกท่องเที่ยวอยู่ในประเทศไทย เธอได้เขียนบล็อคลงบนอินเทอร์เน็ตเกี่ยวกับความรู้สึกที่มีต่อประเทศไทย หนึ่งในข้อความที่เธอเขียน เช่น "คนไทยมีแต่คนดี ๆ !" (ญี่ปุ่น: タイ人めっちゃいい人ばっかり！) และ "[ประเทศไทย]เป็นสถานที่ที่ยอดเยี่ยม!!" (ญี่ปุ่น: めっちゃいいとこ！！) เป็นต้น[3] ในขณะที่ยาซูอากิ คาวาชิตะ บิดาของโทโมโกะ ให้สัมภาษณ์กับไทยรัฐว่าเขารู้สึกเสียใจที่บุตรสาวต้องมาเสียชีวิตที่ประเทศไทย ซึ่งเป็นประเทศที่ลูกสาวชื่นชอบและใฝ่ฝันที่จะมาเที่ยวตลอด 6 ปีที่ผ่านมา[8]