Ngày 13 tháng 9 năm 1982, Kelly đang lái xe quay về Monaco từ tư gia thuộc vùng nông thôn ở Mont Agel thì lên cơn đột quỵ. Kết quả là Công nương Grace mất lái trên chiếc xe Rover P6 3500 1971 của mình[26] và văng khỏi con đường dốc quanh co, rơi xuống sườn núi cao 120 foot (37 m).

Con gái bà, công chúa Stéphanie đang ngồi ở ghế phụ đã cố gắng lấy lại tay lái nhưng không thành.[27] Khi các nhân viên ý tế đến hiện trường tai nạn,(43°43′35″B 7°24′10″Đ / 43,72639°B 7,40278°Đ / 43.72639; 7.40278),[28] Kelly còn sống nhưng bất tỉnh và trong tình trạng nguy kịch. Bà và con gái Stéphanie được chuyển đến bệnh viện Monaco (sau đổi tên thành Princess Grace Hospital Centre).

Tại bệnh viện, các bác sĩ đã cố gắng hồi sức cho Grace nhưng vì mức độ chấn thương não, tổn thương ngực và xương đùi bị gãy, vương phi không còn hy vọng cứu sống. Các bác sĩ tin rằng bà gặp phải một cơn đột quỵ thứ phát nên đã mất tay lái gây ra tai nạn.[29] Bà qua đời đêm kế tiếp lúc 10:55 đêm, ở tuổi 52, sau khi chồng bà, Rainier lựa chọn ngắt máy thở của vợ.[30]

Chẩn đoán ban đầu cho công chúa Stéphanie là nhẹ, thâm tím nhỏ và chấn thương nhỏ. Tuy nhiên, sau khi nhận được các kết quả chụp X-quang, cô được phát hiện có vết nứt đường chân tóc[31] ở đốt sống cổ thứ 7. Công chúa không thể có mặt trong đám tang của mẹ do các thương tích.

Tang lễ

Đám tang nữ minh tinh một thời Kelly được tổ chức tại nhà thờ Thánh Nicolas, Monaco[32] vào 18 tháng 9 năm 1982. Sau một Thánh lễ an táng (Requiem Mass), bà được chôn cất trong hầm mộ của gia tộc Grimaldi. Hơn 400 người tham dự lễ tang trong đó có Cary Grant, Nancy Reagan và Diana, Vương phi xứ Wales. Tại buổi lễ tưởng niệm sau này ở Beverly Hills, James Stewart đã đọc diễn văn ca ngợi như sau:

Bạn biết đấy, tôi chỉ yêu mình Grace Kelly. Không phải vì cô ấy là công nương hay minh tinh, không phải vì cô ấy là bạn của tôi, mà vì dường như cô ấy là người phụ nữ đẹp nhất tôi từng gặp. Grace mang đến một tia sáng ấm áp, dịu êm cho cuộc sống của tôi cũng như của các bạn, mỗi khi tôi coi cô ấy là một kỳ nghỉ của riêng mình. Không nghi ngờ gì, tôi và tất cả chúng ta sẽ nhớ cô ấy, Chúa phù hộ bạn, công nương Grace.

Chồng của Kellly, Rainier không tái hôn, được chôn cạnh vợ sau khi qua đời năm 2005.[33]