Saat itu kaki kanannya terlihat terjepit di sela motor dan jalanan sirkuit.
Di saat bersamaan melaju pembalap Yamaha Monster Tech 3, Colin Edwards, yang tepat berada di belakang Simoncelli.
Tabrakan tak dapat terelakkan, ketika itu Edwards menginjak bagian bawah tubuh Simoncelli disusul dengan Valentino Rossi yang menyambar bagian kepalanya.
Terdapat keanehan saat insiden tersebut. Helm yang dikenakan Simoncelli terlepas dari kepalanya saat tertabrak oleh Rossi.
Meski saat itu Rossi sudah berusaha melakukan pengereman keras, tabrakan tersebut tak dapat terhindarkan.
Saat itu bendera merah langsung dikibarkan dan perlombaan langsung dihentikan ketika baru menginjak dua putaran.
Tim medis langsung mengevakuasi Simoncelli dari area sirkuit menuju sebuah rumah sakit di Kuala Lumpur karena kondisinya yang kritis.
Meskipun dokter telah melakukan upaya terbaik, Simoncelli harus mengembuskan napas terakhirnya.
Pada pukul 17.00 waktu setempat, tim dokter menyatakan bahwa Simoncelli telah meninggal dunia.
Jenasah Simoncelli diterbangkan kembali ke kampung halamannya di Italia pada minggu yang sama.
Pemakaman diadakan empat hari kemudian. Proses pemakaman tersebut menarik perhatian lebih dari 20 ribu pelayat yang sengaja datang dari berbagai negara.
Selain itu pemakaman tersebut disiarkan secara langsung oleh stasiun televisi Italia.
Seminggu setelah kematian Marco Simoncelli, Sirkuit Misano Italia berganti nama menjadi Misano World Circuit Marco Simoncelli.
Pergantian nama tersebut bertujuan untuk menghormati dan mengenang mendiang Simoncelli semasa hidupnya.