アブー・マルワン・アブド・アル＝マリク1世によってモロッコの王位を追われたムーレイ・ムハンマドがポルトガルに支援を求めたとき、1578年夏にセバスティアンは傭兵を含めた約1万5千の兵士を率いて再びモロッコに上陸する。セバスティアンの軍隊は統制がとれておらず、規律に欠けていた。1578年8月4日にアルカセル・キビールの戦いでポルトガル軍はイスラーム軍と交戦し、ポルトガル史上最大の惨敗を喫した。この戦いで敵のアブー・アブドゥッラー・ムハンマド2世と味方のアブー・マルワン・アブド・アル＝マリク1世は共に戦死し、セバスティアンも行方不明となったが、遺体は見つからなかった。モロッコ遠征に要した戦費は歳入の半分に達し、国家は多大な損失を被った。また、セバスティアンは王妃候補者をことごとく退け、生涯独身だったため、嫡子はいなかった。