Em 10 de Maio de 1973, Lee desmaiou no estúdio Golden Harvest, enquanto fazia o trabalho de dublagem para o filme Operação Dragão. Ele sofreu convulsões e dores de cabeça e foi imediatamente levado para um hospital de Hong Kong, onde os médicos diagnosticaram edema cerebral. Eles foram capazes de reduzir o inchaço com a administração de manitol. Esses mesmos sintomas que ocorreram em seu primeiro colapso depois foram repetidos no dia da sua morte.
Em 20 de julho de 1973, Lee foi a Hong Kong, para um jantar com o ex-James Bond George Lazenby, com quem pretendia fazer um filme. Segundo sua esposa, Linda Lee, Lee encontrou o produtor Raymond Chow às 2 da tarde em casa, para discutir a realização do filme Jogo da Morte. Eles trabalharam até as 4 da tarde e depois dirigiram juntos para a casa da colega Lee Betty Ting, uma atriz de Taiwan. Os três passaram o script em casa e, em seguida Chow se retirou.
Mais tarde, Lee se queixou de uma dor de cabeça, e Ting deu-lhe um analgésico, Equagesic, que incluía aspirina e um relaxante muscular. Cerca de 7:30 da noite, ele foi se deitar para dormir. Quando Lee não apareceu para jantar, Chow chegou ao apartamento, mas não viu Lee acordado. Um médico foi chamado, que passou dez minutos tentando reanimá-lo antes de enviá-lo de ambulância ao hospital. Lee foi dado como morto no momento em que chegou ao hospital.
Não houve lesão externa visível, porém de acordo com relatórios da autópsia, o seu cérebro tinha inchado consideravelmente, passando de 1.400 a 1.575 gramas (um aumento de 13%). Lee tinha 32 anos. A única substância encontrada durante a autópsia foi Equagesic. Em 15 de outubro de 2005, Chow declarou em uma entrevista que Lee morreu de uma hipersensibilidade ao relaxante muscular "Equagesic", que ele descreveu como um ingrediente comum em analgésicos. Quando os médicos anunciaram a morte de Lee oficialmente, o país considerou uma enorme "desgraça".
A controvérsia ocorreu quando o Dr. Don Langford, que foi médico pessoal de Lee em Hong Kong e o havia tratado durante seu primeiro colapso acreditava que o "Equagesic não foi único remédio envolvido no primeiro colapso de Bruce."
No entanto o professor RD Teare, um cientista forense da Scotland Yard que supervisionou mais de 1000 autópsias, foi o perito superior designado para o caso Lee. Sua conclusão foi que a morte foi causada por um edema cerebral agudo devido a uma reação aos compostos presentes na prescrição de remédios como o Equagesic.
Sua esposa Linda voltou para sua cidade natal, Seattle, e ele foi enterrado no lote 276 do Cemitério Lakeview. Seu caixão foi carregado no funeral em 31 de julho de 1973 por Taky Kimura, Steve McQueen, James Coburn, Chuck Norris, George Lazenby, Dan Inosanto, Peter Chin, e seu irmão Robert Lee.
A morte de Lee ainda é um tema de controvérsia.