Porté au presbytère de Saint-Antoine, il fut ramené le lendemain au palais épiscopal où il mourut. Ses dernières paroles furent une citation de l’Evangile de Jean suivie d'un appel à la paix : « Le bon pasteur donne sa vie pour ses brebis, que mon sang soit le dernier versé »
L'archevêque fut vraisemblablement touché par une balle perdue, sans qu'on ne sache avec certitude de quel côté elle provenait.
Le lendemain de son décès, l'Assemblée nationale vota l'hommage suivant : « L'Assemblée nationale regarde comme un devoir de proclamer sa religieuse reconnaissance et sa profonde douleur pour le dévouement et la mort saintement héroïque de Monseigneur l'archevêque de Paris. »
Les obsèques officielles, le 7 juillet, furent un spectacle émouvant. Certaines biographies parlent de
Monseigneur Denys Affre fut inhumé dans une crypte sous le chœur de la cathédrale. Un monument à sa mémoire, signé Auguste-Hyacinthe Debay (1804 - 1865), visible en la chapelle Saint-Denis, lui fut érigé.