Cái chết của mẹ James V vào năm 1541 đã chấm dứt mọi hi vọng thiết lập một nền hòa bình lâu dài cho hai nước, và chiến tranh nổ ra. Ban đầu người Scotland đã giành chiến thắng ở trận Haddon Rig vào tháng 8 năm 1542. Đại sứ Hoàng gia ở London, Eustace Chapuys, vào ngày 2 tháng 10 đã ghi nhận rằng sứ thần Scotland không chấp thuận cho một thỏa thận hòa giải giữa James và Henry VIII. Henry rất tức giận về việc này và tập hợp quân đội trong nước chống lại Scotland[31].

Ngày 31 tháng 10 năm 1542, James triệu tập quân đội của ông tại Lauder, chuẩn bị cho chiến tranh. Mặc dù ông hy vọng sẽ có thể tiến hành xâm lược nước Anh, quý tộc Scotland lại chưa sẵn lòng cho việc đó[32]. Ông trở lại Edinburgh và viết một bức thư bằng tiếng Pháp với người vợ của mình tại Falahill, trong thư nhắc đến bệnh tình của ông đã bộc phát ba ngày[33]. Vào tháng 11, quân đội của James lại chịu một thất bại nghiêm trọng ở trận Solway Moss. Ông đã trở bệnh nặng ngay sau đó, vào ngày 6 tháng 12; theo một số nguồn thì nguyên nhân có lẽ là do sự suy sụp tinh thần sau sự thất bại, mặc dù một số nhà sử học nghĩ rằng đó là một căn bệnh bình thường. John Knox sau mô tả động tác cuối cùng của ông ở Fife[34]. Dù bệnh nặng nhưng ông đã cố gắng trở về cung điện Falkland khi người con gái của ông, Mary, chào đời. Sir George Douglas mang tin Đức vua qua đời chết đến báo cho Berwick. Ông ấy đã nói James chết lúc nửa đêm vào ngày thứ năm, 15 Tháng 12: Đức vua nói trong tình trạng mê sảng mê sảng và nói không " lời khuyên ngôn ngoan." James đã được chôn ở Holyrood Abbey ở Edinburgh.

Trước khi James chết, ông đã nói một câu như sau, "it came wi a lass, it'll gang wi a lass" (nghĩa là " Nó bắt đầu từ một người đàn bà và nó sẽ kết thúc cũng với một người đàn bà"). Điều này trùng khớp với số phận của vương triều Stewart (hay Stuart) sau đó.

Kế vị James là người con gái hợp pháp duy nhất của ông, Mary. Ông được chôn cất tại Holyrood Abbey cùng với người vợ đầu tiên của ông Madeleine và hai hoàng tử vào tháng Giêng 1543. David Lindsay giám sát việc xây dựng lăng mộ của ông. Một trong những nghệ sĩ người Pháp, Andrew Mansioun, tạc tượng một con sư tử và một dòng chữ Roman có kích thước mười tám feet. Ngôi mộ đã bị phá hủy vào thế kỉ XVI, theo William Drummond của Hawthornden sớm nhất là 1544, trong một vụ hỏa hoạn tại thủ đô Edinburgh[35]. Scotland sau đó được cai trị bởi nhiếp chính Arran vì nữ hoàng còn quá nhỏ tuổi.