I 1703 ledsaget han halvbroren Frederik IV på en reise, hvor han ble angrepet av kopper og døde i Odense, natten til den 16. juli. Gyldenløve ble begravet i Vor Frue i København, men kisten ble senere flyttet til Sankt Petri i samme by. Graven ble ødelagt under britenes bombardement i 1807.