В конце концов Плиния назначили командующим флотом в Мизене (современный Мизено) на берегу Неаполитанского залива. 24 августа 79 года началось сильное извержение вулкана Везувий, и Плиний на кораблях прибыл в Стабии на другом берегу залива. В Стабиях он отравился серными испарениями и умер. Причина, по которой Плиний приблизился к извергающемуся вулкану, неясна, из-за чего он часто воспринимается лишь как жертва собственной любознательности. Однако его племянник, находившийся в Мизене, в письме к историку Тациту подробно описал гибель дяди: он отправился на другой берег залива не только, чтобы понаблюдать за редким явлением природы вблизи, но также для того, чтобы помочь спастись своим друзьям. В Стабиях он успокаивал паниковавших местных жителей и дожидался, когда сменится ветер и успокоится море, чтобы отплыть, однако в конце концов задохнулся. Сообщение Плиния Младшего о том, что у его дяди было «тонкое и слабое от природы горло», в настоящее время обычно понимается как астма. Светоний, впрочем, оставил версию, будто естествоиспытатель умер, попросив своего раба избавить себя от мучений. Таким образом, наряду с желанием понаблюдать за извержением Плиний руководствовался желанием помочь пострадавшим от катаклизма.