I 1955 ble han løkket bort fra Talbot til Mercedes-Benz, hvor han kjørte en Mercedes-Benz 300 SLR sammen med amerikaneren John Fitch. I den tredje timen av 24-timersløpet på Le Mans, på Tribunes-rettstrekningen, svingte Mike Hawthorn inn mot pitområdet, og bremset foran Lance Macklins Austin-Healey. Macklin ble tvunget til å foreta en unnamanøver for å unngå Hawthorn, men havnet i stedet i sporet til Leveghs raskere Mercedes, som kjørte like foran sin Mercedes-teamkollega Juan Manuel Fangio. Leveghs bil kjørte inn i siden på Macklins bil og ble kastet opp i lufta, traff toppen av en skillemur og gikk i oppløsning og spredte bildeler inn i folkemengden. Levegh ble drept da han ble kastet ut av bilen og hodeskallen hans ble knust av sammenstøtet. Det brennbare magnesiumkarosseriet på Mercedesen tok raskt fyr i ulykken, og kombinasjonen av brannen og de flyvende bildelene tok livet av 83 tilskuere og skadet over 100. Løpet fortsatte for å hindre at tilskuerne forlot området, noe som ville ha blokkert alle veiene for ambulansene.