Op 14 september 2016 keerde Golbarnezhad terug als paralympiër op de Paralympische Zomerspelen 2016 bij de tijdrit over langere afstand; hij startte als eerste en eindigde als laatste, meer dan acht minuten achter de winnaar. Tijdens de wegwedstrijd, die drie dagen later plaatsvond in de straten van Pontal, ging Golbarnezhad in een afdaling onderuit en raakte zwaargewond aan zijn nek, waarna hij ter plekke werd behandeld. Gedurende de rit per ambulance naar een lokaal ziekenhuis werd hij door een hartstilstand getroffen. Kort na aankomst in het ziekenhuis overleed Golbarnezhad na een tweede hartstilstand. Voor het eerst sinds de Olympische Zomerspelen 1960 overleed een atleet in competitie: toen kwam de Deense wielrenner Knud Enemark Jensen om het leven. Kort na de bekendmaking van het overlijden van Golbarnezhad condoleerden president Hassan Rohani en verschillende hoge functionarissen van de internationale sportfederaties de nabestaanden van de wielrenner. Het Iraanse nationaal comité verzocht het Internationaal Paralympisch Comité om een onderzoek rondom de valpartij, wat door het IPC werd toegezegd. Het UCI kondigde eveneens aan onderzoek te doen naar het incident, in samenwerking met meerdere betrokken instanties.