Vào đầu mùa hè năm 1879, Pilar, Paz và Eulalia được dự tính sẽ dành một thời gian ở Eskoriatza, một thị trấn nhỏ nổi tiếng với các suối nước khoáng nóng. Vào ngày 10 tháng 7, ba chị em đến Eskoriatza ở tỉnh Gipuzkoa sau một hành trình dài và mệt mỏi. Trong những tuần tiếp theo, khi họ đang nghỉ ngơi và tận hưởng một cuộc sống yên bình, dành thời gian đi dạo quanh vùng quê và đọc sách. María de la Paz đã nhận thấy chị gái María del Pilar trông xanh xao và mệt mỏi nhưng vì hai chị em thường đọc thư của nhau nên Paz không viết về điều đó cho hai anh chị lớn María Isabel và Alfonso XII để tránh đánh động đến Infanta María del Pilar.

Vào ngày 1 tháng 8, người dân địa phương tổ chức một lễ hội nhỏ để vinh danh Infanta Pilar. Mặc một chiếc váy trắng và đội chiếc mũ nồi đỏ trên đầu, Vương nữ Pilar tham dự một lễ hội miền quê với một chiếc váy trằng và chiếc mũ nồi đỏ cũng như tận hưởng những thú vui giản dị như cưỡi lừa, cưỡi bò và khiêu vũ ngoài trời. Đêm đó, Infanta Pilar phàn nàn rằng bản thân cảm thấy mệt mỏi. Ngày 3 tháng 8, Vương nữ cảm thấy không khỏe và nằm trên giường cả ngày. Ban đêm, khi đang đọc Graziella của Alphonse de Lamartine, María del Pilar lên cơn co giật cấp tính, bất tỉnh và không bao giờ tỉnh lại nữa. Vương nữ đã qua đời, có lẽ vì bệnh lao màng não. Tuy nhiên, báo cáo y tế chính thức được chẩn đoán là bị tràn dịch nghiêm trọng. María del Pilar được chôn cất vài ngày sau đó ở El Escorial.

Isabel và Alfonso XII đã không kịp đến bên Pilar lúc Vương nữ còn sống. "Mọi người", theo Infanta Paz viết là "yêu Pilar nhất". Vào ngày Thái tử Pháp Louis-Napoléon qua đời là ngày 1 tháng 6 năm 1879, một bông hoa tím - loài hoa của Vương tộc Bonaparte - được cho là đã rơi ra khỏi cuốn sách cầu nguyện của Pilar và bị gãy ở cuống. Theo đồn đại, khi Pilar biết tin Louis-Napoléon qua đời vài tuần sau đó, Vương nữ đã suy sụp và qua đời vì đau lòng.

Hoàng hậu Eugenia đã viết thư từ Camden vào ngày 9 tháng 8 năm 1879 cho mẹ của Hoàng hậu là Bá tước phu nhân xứ Montijo rằng: "Con đã nhận một tin khủng khiếp về cái chết của Infanta Pilar, người rất thân thiết với con trai con. Mẹ đã nói với con rằng con bé cảm thấy ốm mệt sau một buổi khiêu vũ ở Eskoriatza. Phải chăng Chúa đã thực sự quyết định đưa hai linh hồn vốn nên ở bên nhau này chăng.” [lower-alpha 3] Eugenia đã lấy một trong những vòng hoa từ nơi chôn cất của con trai mình và gửi nó đến nơi an nghỉ của María del Pilar ở El Escorial.

Infanta María de la Paz, khi ấy mới mười bảy tuổi, đã bị ảnh hưởng sâu sắc trước cái chết của chị gái. Nhiều năm sau, khi Paz kết hôn với Vương tôn Ludwig Ferdinand của Bayern, Paz đã quyết định đặt tên cho cô con gái duy nhất của mình là Maria del Pilar để tưởng nhớ người chị yêu dấu của mình. Do đó, María de la Paz đã đặt một cái tên Tây Ban Nha cho một thành viên thuộc Vương tộc Wittelsbach.