В това време пристигат тежковъоръжените каталунски наемници. Възползвайки се от изгодната ситуация, кралският престолонаследник Стефан Душан нарушава примирието и атакува лагера на Шишман. Опитът на Михаил Шишман да организира ефикасна съпротива е неуспешен. В битката при Велбъжд на 28 юли 1330 г. войската на Михаил Шишман претърпява поражение, а самият цар е тежко ранен и умира 3 дни по-късно в плен. Погребан е по желание на велможите си в църквата „Свети Георги“ в Старо Нагоричане, днес в Северна Македония.