Etter utbruddet av Første verdenskrig meldte Butterworth seg til militærtjeneste. Han falt i 1916 i en alder av 31 år i Slaget ved Somme nær Pozières. Hans levninger ble aldri funnet; bare hans navn er påført Thiepval-minnesmerket, nær Somme. Dermed var et av den engelske musikks store lys og håp for det 20. århundre utslukket. Han ble posthumt tildelt Military Cross.