1239 brach eine neue Auseinandersetzung aus. Gregor bannte Friedrich II. erneut und bezeichnete ihn als Häretiker und sogar als Antichrist. Friedrich II. ließ Schreiben anfertigen, die Gregors Politik kritisierten, und fiel mit Truppen in den Kirchenstaat ein. Ein für Ostern 1241 geplantes Konzil musste verschoben werden, weil Friedrich mehrere Kardinäle in der Seeschlacht von Giglio festsetzen ließ und auf Rom zumarschierte. In dieser Situation starb Papst Gregor am 21. oder 22. August 1241. Die Machtkämpfe zwischen dem Papst und dem Kaiser dauerten auch nach Gregors Tod an und führten sogar zur Flucht seines Nachfolgers Innozenz IV. nach Lyon in Frankreich.