Seuraavaksi Tilly siirtyi piirittämään Magdeburgia, ja ruotsalaisten epäonnistuessa kaupungin auttamisessa seurasi Magdeburgin ryöstö 20. toukokuuta 1631. Lopulta Kustaa ja Tilly kohtasivat Breitenfeldin taistelussa 17. syyskuuta, jossa Tilly kärsi ensimmäisen vakavan tappion sodan aikana. Haavoittunut Tilly peräytyi taistelun jälkeen luoteeseen, Ala-Saksiin ja kokosi uuden armeijan alueen varuskunnista. Tämän armeijan hän sitten vei talvehtimaan etelään Baijeriin, aikomuksenaan kohdata ruotsalaiset uudestaan seuraavana keväänä. Tämä tapahtuikin Rainin taistelussa 5. huhtikuuta, ruotsalaisten ylittäessä Lech-virtaa. Tilly haavoittui taistelussa kuolettavasti tykinkuulasta ja kuoli Ingolstadtissa, Baijerissa 30. huhtikuuta 1632 jäykkäkouristukseen. Tillyn ruumis kuljetettiin v 1652 Altöttingiin Saksaan ja nyt hänen ikkunallinen sarkofaginsa on tuomiokirkon Tillykappelin hautaholvissa Stiftskirche St. Philipp und Jakob.