Hoàng hậu Elisabeth có một lòng yêu mến đất nước Hungary và người dân nơi đây, thậm chí còn đề xuất với chồng rằng cả hai nên thực hiện một chuyến đi đến Hungary. [1] Franz Joseph I chấp nhận lời đề nghị của vợ và hai vợ chồng rời đi vào đầu mùa xuân năm 1857. Khi ở Budapest, cả Sophie và em gái là Gisela đều bị bệnh tiêu chảy và sốt rất cao . [1] Trong khi em gái Gisela 10 tháng tuổi hồi phục nhanh chóng thì Sophie hai tuổi đã qua đời trong vòng tay của mẹ vào lúc 21 tối, [1] [2] sau mười một giờ vật lộn với cơn bạo bệnh, [1] nguyên nhân có thể là do mất nước vì tiêu chảy hoặc do co giật vì cơn sốt cao. Sau đó Hoàng nữ Sophie được cho là đã qua đời vì sốt phát ban, nhưng điều này vẫn cho đến nay vẫn chưa được xác thực. 

Thi thể của Sophie được đưa trở lại Viên và được chôn cất trong ở Ferdinandsgruft (Hầm mộ của Ferdinand) trong Hầm mộ Hoàng gia.

Cái chết của Hoàng nữ Sophie đã ám ảnh Elisabeth đến suốt đời. Elisabeth bị mẹ chồng Sophie cho rằng phải chịu trách nhiệm gián tiếp về cái chết của Sophie. [1] Elisabeth bị suy nhược và thường nhốt mình trong phòng nhiều ngày liền [1] hoặc cưỡi ngựa cho đến khi kiệt sức, chỉ để tránh phải suy nghĩ. [1] Cái chết của Sophie cũng dẫn đến quyết định ai là người sẽ bảo hộ những đứa trẻ và Đại vương công phu nhân Sophie đã giám hộ những người con còn lại của Elisabeth ngay khi chúng được sinh ra. [1] Bản thân Elisabeth cũng bắt đầu bỏ bê Gisela và mối quan hệ của hai mẹ con không còn thân thiết như trước. Một trong những thị tùng của Elisabeth, Marie Festetic, đã ghi lại trong nhật ký của mình rằng Hoàng hậu thậm chí còn không dành thời gian để tham dự công việc chuẩn bị cho đám cưới của Nữ Đại vương công Gisela. [1] Elisabeth cũng thờ ơ với người con trai duy nhất của mình, Rudolf, Thái tử nước Áo . [1] Cho đến khi qua đời, Elisabeth luôn đeo một chiếc vòng tay có hình Sophie [3] và giữ một bức chân dung của hoàng nữ nhỏ xấu số trong phòng của bà. [4]