Den 9. oktober 1934 ble han drept under et mordanslag på den jugoslaviske kong Aleksandar I. Den jugoslaviske konge var i Marseille på statsbeøk i Frankrike, og ble mottatt der av Louis Barthou. Da skjøt attentatmannen Vlado Chernozemski kongen. Under skuddvekslingen rett etter ble også Barthou alvorlig såret. Han ble bragt til sykehus i byen og døde der etter én time.