Et ce fut ainsi jusqu’au couronnement de sa carrière en 1521 où sa défense héroïque de Mézières lui valut d’être couvert d’honneurs par François Ier qui, déjà en 1515, éperdu d’admiration pour le personnage, vrai ou faux, avait voulu être armé chevalier par ses mains. Entre temps, il était devenu un gouverneur populaire du Dauphiné.
Mais les guerres d’Italie continuant, François Ier le rappela à ses côtés lors de la campagne pour récupérer le Milanais. Mortellement blessé par un coup d'escopette qui lui brisa la colonne vertébrale, il mourut le lendemain.
La tradition veut que, par respect, son adversaire espagnol, le marquis de Pescara, lui ait fait dresser une tente et ait entouré avec soins ses derniers instants. Magnifique et ultime témoignage à une légende qui allait pourfendre les siècles. Comme Jeanne d’Arc, l’idée d’un Bayard méritant et éternel ne pouvait qu’être récupérée quand la France eut parfois besoin de modèles.
Plus simplement, Bayard avait désiré être inhumé dans le petit village de Grignon d’où son lignage était issu. Mais un conseil de famille en décida autrement. Ramenée en France, après des funérailles solennelles en la cathédrale de Grenoble, sa dépouille fut déposée le 26 août au couvent des Minimes de Saint-Martin-d’Hères, fondé en 1494 par son oncle maternel, Laurent Alleman, évêque de Grenoble.
Bien que sa tombe eût été profanée à la Révolution, ses cendres restèrent sur place. En 1822, pour satisfaire une demande de Louis XVIII, le préfet de l'Isère fit transférer en la collégiale Saint-André de Grenoble ses restes présumés qui s'avèrent être ceux d'une jeune fille. Qu’à cela ne tienne. En 1937, un passionné relança des fouilles dans l’ancien couvent et trouva trois cercueils alignés, dont un abritait un officier portant une plaque. Dans les années 1960, les restes de cet officier furent entreposés aux Archives départementales de l'Isère. En 2013, son descendant, Jean-Christophe Parisot de Bayard (1967-2020), avait entrepris des démarches d'identification génétique du crâne supposé de Pierre Terrail. Les résultats de cette étude de l'ADN mitochondrial de ce crâne, annoncés en 2017, confirmeraient qu'il s'agit de lui.