Den 21. juli 1973 ble han skutt og drept av israelske etterretningsagenter fra Mossad på åpen gate på Lillehammer. Israelerne trodde han egentlig var Ali Hassan Salameh, operasjonssjef og etterretningssjef i Fatah – og som angivelig hadde en forbindelse til planleggingen av München-massakren i 1972. Drapet på Bouchikhi ble kjent som Lillehammer-saken, og seks israelere ble arrestert og fem av dem dømt for drapet. Agenten Dan Ærbel fortalte til NRK at de visste at de drepte feil mann.