Prins Gustav Adolf omkom i en flystyrt på ettermiddagen den 26. januar 1947 ved Kastrup i Danmark. Prinsen var på vei hjem til Stockholm etter et besøk hos prinsesse Juliana og prins Bernhard av Nederland. Flyet hadde 16 passasjerer og et mannskap på seks, som alle omkom. Blant de omkomne var også den amerikanske sangeren og skuespilleren Grace Moore. I ettertid ble det påstått at flyet var utsatt for sabotasje som hevn for prinsens angivelige nazisympati. Han døde dermed før hans far Gustav Adolf ble konge. Hans sønn Carl Gustav ble arving da Gustav Adolf besteg tronen.