Leopold stierf op 22 januari 1869 in Laken of Brussel aan een longontsteking, nadat hij in een vijver was gevallen.
Op de begrafenis van zijn zoon stortte koning Leopold II ‘in het openbaar ineen, viel op zijn knieën naast de kist en begon ongecontroleerd te snikken.’ Het lichaam van Prins Leopold werd begraven in het koninklijk gewelf van de Onze-Lieve-Vrouwekerk van Laken in Brussel.
Door de vroegtijdige dood van Leopold had zijn vader nog maar twee kinderen over: prinses Louise en prinses Stéphanie . Na de dood van hun zoon probeerden Leopold en Marie Henriette nog een kind te krijgen, in de hoop op een zoon. Na de geboorte van nog een dochter, Clémentine, in 1872, liet het echtpaar alle hoop varen om ooit nog een zoon te krijgen en hun toch al gespannen huwelijk strandde volledig.
