I 1909 hadde Petrosino planer om å reise til Palermo, Sicilia, for å utføre et topphemmelig oppdrag. Men på grunn av inkompetanse av Thomas Bingham, New Yorks daværende politimester, publiserte New York Herald historien om Petrosinos planer 20. februar 1909, noen få dager før han dro til Palermo. Selv om han var klar over faren, bestem Petrosino seg for å reise til Palermo som planlagt. Denne avgjørelsen viste seg imidlertid å være dødelig. Petrosino trodde feilaktig at den sicilianske mafiaen ikke ville drepe en politimann, fordi de ikke gjorde det i Amerika. Petrosino ble skutt av snikskyttere fra den sicilianske mafiaen som satte ham i en felle.