Da klokken var ti over ni om morgenen den 23. mai var styrken, som hadde ligget gjemt i buskene hele natten, på vei til å gi opp da de plutselig hørte Clydes stjålne Ford V-8 nærme seg. Da han stoppet for å snakke med faren til Henry Methvin som var utplassert der med sin lastebil denne morgenen for å distrahere Clyde og tvinge han over på den siden av veien som lå nærmest politistyrken, åpnet politimennene ild med automatvåpen. De tømte flere magasiner i bilen, og Bonnie og Clyde ble skutt og drept. Det ble aldri ropt noen advarsel eller oppfordring til de ettersøkte om å overgi seg. Clyde døde momentant av skuddet gjennom hodet, avfyrt med en lånt Remington «modell 8» av Prentis Oakley. Bonnie døde ikke like raskt. I ettertid har de som var med, fortalt at de hørte hennes siste lange skremte skrik mens kulene slo inn i bilen.