Den 21. juli 1973 ble han skutt av israelske etterretningsagenter fra Mossad på åpen gate i Lillehammer. Israelerne trodde han egentlig var Ali Hassan Salameh, operasjonssjef og etterretningssjef i Fatah – og som angivelig hadde en forbindelse til planleggingen av München-massakren i 1972. Drapet på Bouchikhi ble kjent som Lillehammer-saken, og seks israelere ble arrestert og fem av dem dømt for drapet.