Après avoir été un opposant de la peine de mort, il se ravise et, non sans avoir hésité, il vote la mort de Louis XVI le 20 janvier 1793. Le soir même de son vote, il se rend chez Février, restaurateur au Palais-Royal[12]. Un ancien garde du roi, Philippe Nicolas Marie de Pâris, qui cache un sabre sous sa houppelande, se présente devant lui et lui dit, selon les témoignages : « C'est toi, scélérat de Lepeletier, qui as voté la mort du roi ? », ce à quoi il aurait répondu : « J'ai voté selon ma conscience ; et que t'importe ? » Pâris lui enfonce alors son épée dans le côté en lançant : « Tiens, voilà pour ta récompense », avant de s'enfuir. Blessé à mort, Lepeletier n'aurait pu dire que : « J'ai froid ! » Transporté au domicile de son frère, 8 place Vendôme[13], il y expire le 20 janvier 1793 vers onze heures du soir, soit quelques heures avant l'exécution de Louis XVI[14] le lendemain[15],[16]. La récupération politique de sa mort va servir de répétition générale à ce que la mort de Marat mettra en branle quelques mois plus tard : le culte des « héros révolutionnaires tombés pour l’exemple ».