El 5 de junio de 1940, en su 133.ª misión en la guerra y entrando en combate contra aviones enemigos por 32.ª ocasión, Mölders fue derribado cerca de Compiègne hacia las 18:40 por el subteniente René Pomier Layrargues, que pilotaba un caza Dewoitine D.520 del Ejército del Aire francés.