Bir muhbir Guevara'nın gerilla kampının yerini Bolivya Özel Harekât Birliği'ne bildirdi.

8 Ekim'de kamp kuşatıldı ve Guevara, Simeón Cuba Sarabia ile birlikte Quebrada del Yuro kanyonunda devriye gezerken yakalandı. Ayaklarından yaralandıktan ve silahı bir mermiyle harap edildikten sonra teslim oldu. (Tabancasında açıklanamaz bir şekilde şarjör bulunmuyordu.) 

Yakalandığı sırada orada bulunan askerlerin bazılarına göre Guevara bağırarak "Ateş etmeyin! Ben Che Guevara'yım ve canlı olarak daha değerliyim" demiştir.

Barrientos, Guevara'nın yakalandığını öğrenir öğrenmez hemen öldürülmesini emretmiştir. Guevara yakın bir köy olan La Higuera'daki köhne bir okula götürülmüş ve geceyi orada geçirmiş, ertesi gün öğleden sonra öldürülmüştür. 

Celladı, Bolivya ordusunda çavuş olan ve Guevara'yı vurması kura sonucu saptanan Mario Terán'dır. Çarpışmada öldüğü izlenimi vermek ve yüzünden isabet almayarak tanınmasını kolaylaştırmak için ayaklarına defalarca ateş edilmiştir.

Guevara'yı Bolivya'da takip etmekten sorumlu olan, Félix Rodríguez adındaki CIA ajanıydı. Bu ajan daha önce Escambray Dağları'ndaki isyancılarla ve Havana'daki Castro karşıtı gizli gruplarla bağlantı kurmak için Domuzlar Körfezi istilası öncesi gizlice Küba'ya sızmış, istiladan sonra da başarılı bir şekilde geri çıkarılmıştı. Guevara'nın yakalanışını duyan Rodríguez, değişik Güney Amerika ülkelerindeki CIA istasyonları yoluyla Langley, Virginia'daki CIA merkezine bu bilgiyi iletmiştir. Rodríguez, Guevara'nın Rolex saati ve başka bazı kişisel eşyasını almış ve sonraki yıllarda bunları gururla röportaj yaptığı gazetecilere göstermiştir. İçlerinde el feneri de bulunan bu eşyalardan bir kısmı CIA'de sergilenmektedir.

15 Ekim'de Castro, Guevara'nın öldüğünü kabul eder ve tüm Küba'da üç günlük yas ilan eder. Guevara'nın ölümü Latin Amerika'daki ve üçüncü dünya ülkelerindeki sosyalist devrimci hareketlere indirilmiş ağır bir darbe olarak kabul edilir.

1997 yılında Guevara'nın elleri olmayan cesedinden kalan kemikler Vallegrande yakınlarındaki bir uçak pistinin altından kazılarak çıkarılmış, DNA testiyle kimliği tespit edilmiş ve Küba'ya geri getirilmiştir. 17 Ekim 1997'de cesedinden kalanlar, Bolivya'daki gerilla harekâtı sırasında ölen yoldaşlarından altısıyla birlikte, 39 yıl önce Küba Devrimi'nin başarısını belirleyen savaşı kazandığı Santa Clara'da özel olarak hazırlanmış anıt mezara askerî törenle gömülmüştür.

Gerillalar ile bağlantılı bir başka olay da Régis Debray'nin tutuklanması ve duruşmasıdır: Nisan 1967'de hükümet güçleri Ecole Normale Supérieure'de Marksist filozof Louis Althusser'den  ders almış ve Havana Üniversitesi'nde felsefe profesörlüğü yapan genç Fransız vatandaşı Debray'yi yakalar ve gerillalarla işbirliği yapmakla suçlar. Debray, muhabir olarak çalıştığını ve iki yıl önce gizemli bir şekilde ortadan kaybolan Gueavara'nın gerillalara liderlik ettiğini söyler.

Uluslararası ilgi kazanan Debray'nin davası Ekim ayı başlarındaydı. Bolivya yetkilileri 11 Ekim'de Guevara'nın iki gün önce hükümet kuvvetleriyle girmiş olduğu çatışma sonucu vurularak öldüğü yolunda (yalan) açıklama yapar.