8. maja 1982, v svojem zadnjem krogu kvalifikacij pred Veliko nagrado Belgije v Zolderju, je Villeneuve s sprednjim levim kolesom trčil z desnim zadnjim kolesom Jochena Massa, ki se je umikal Villeneuvu, da bi ga ta lahko prehitel. Villeneuve pa ga je ravno po tisti strani želel prehiteti in njegov dirkalnik je dvignilo, nato pa je dirkalnik z nosom priletel na zemljo ob progi. Trčenje je bilo tako močno, da je od dirkalnika ostala le školjka, Villeneuva pa je skupaj s sedežem vrglo čez progo v ograjo. Ob prihodu reševalne ekipe ni več dihal. Poskušali so ga rešiti, toda utrpel je smrtne poškodbe. Umrl je tistega večera v lokalni bolnišnici, smrtne poškodbe pa je verjetno utrpel ob prvem trčenju dirkalnika s tlemi. Če njegova smrt ni bila ravno veliko presenečenje (vsi so poznali njegov stil vožnje), pa je vseeno povzročila globoko žalost. Celo njegov rival René Arnoux je povedal, da je jokal, ko je izvedel za Gillesovo smrt.