Зрештою Плінія призначили командувачем флотом у Мізені (сучасний ) на березі Неаполітанської затоки. 24 серпня 79 року почалося сильне виверження вулкана Везувій, і Пліній на кораблях прибув у Стабії на іншому березі затоки. У Стабіях він отруївся сірчаними випарами і помер. Невідомо чому Пліній наблизився до розбурханого вулкану, тому часто його сприймають лише як жертву власної допитливості. Однак його племінник, який перебував у Мізені, у листі до історика Тацита докладно описав загибель дядька: він вирушив на інший берег затоки не лише щоб поспостерігати за рідкісним явищем природи зблизька, але і для того, щоб допомогти врятуватися своїм друзям. У Стабіях він заспокоював місцевих жителів, які були в стані паніки, і чекав, коли зміниться вітер і заспокоїться море, щоб відплисти, проте врешті-решт задихнувся. Повідомлення Плінія Молодшого про те, що його дядько мав «тонке і слабке від природи горло», нині зазвичай розуміють як астму. Светоній, втім, залишив версію, ніби натураліст помер, попросивши свого раба позбавити себе від мук. Таким чином, крім бажання поспостерігати за виверженням Пліній ще й хотів допомогти постраждалим від землетрусу.