Casartelli osallistui vuonna 1995 Ranskan ympäriajoon toista kertaa. Hänet kelpuutettiin Motorola-tallin apuajajien ryhmään vain hieman ennen avausosuuden alkua. Ympäriajon viidettätoista, 206 kilometriä pitkää vuoristoetappia Saint-GironsistaCauteretsiin oli ajettu kolmisenkymmentä kilometriä, kun ilman kypärää ajanut Casartelli kaatui ja törmäsi tien reunassa olleeseen betonilohkareeseen. Hän sai päähänsä pahoja vammoja ja menetti tajuntansa. Hänet kuljetettiin helikopterilla nopeasti Tarbesin sairaalaan. Matkalla hänen sydämensä pysähtyi kolmesti mutta hänet saatiin ensiavulla elvytettyä. Sairaalassa hän kuitenkin kuoli puolen tunnin sisällä. Samassa kolarissa olleista ajajista italialainen Dante Rezze putosi rotkoon ja hänen reisiluunsa katkesi, saksalainen Dirk Baldinger sai lonkkaluuhunsa murtumia ja italialainen Giancarlo Perrini selvisi vammoitta.[1]
Casartellin kuolemaan päättyneen 15. etapin voitti ranskalainen Richard Virenque, joka sai kuulla italialaisen kuolemasta vasta palkintojenjaon jälkeen. Vatikaanivaltion sanomalehti L'Osservatore Romano paheksui seuraavan päivän numerossaan etapin normaaleja palkintoseremonioita ja että tulosluettelossa Casartelli kylmästi luokiteltiin keskeyttäneeksi.[2]
Casartellin kuolemaa seuranneena päivänä ajettiin 237 kilometriä pitkä etappi Tarbesista Pau'hun. Lähtöpaikalla pidettiin minuutin hiljainen hetki, ja itse etappi ajettiin rauhallisella vauhdilla vailla kilpailutarkoitusta. Motorola-tallin kuusi jäljellä ollutta ajajaa olivat päättäneet jatkaa kilpailua keskusteltuaan Casartellin lesken kanssa, ja heidän annettiin ylittää etapin maalilinja muiden edellä, ensimmäisenä Casartellin ystävä ja huonetoveri Andrea Peron. Motorolan joukkue sekä kuolinpäivän etapin parhaat lahjoittivat palkintorahansa Casartellin leskelle ja neljän kuukauden ikäiselle lapselle.[2]
Casartelli haudattiin lähellä Comojärveä sijaitsevaan kotikyläänsä Albeseen.[2]