Mario Terán, le sergent de l’armée bolivienne qui avait été chargé d’exécuter le Che, a raconté plus tard comment il a vécu ce moment impressionnant et douloureux : « Je suis resté quarante minutes avant d'exécuter l'ordre. J'ai été voir le colonel Pérez en espérant que l'ordre avait été annulé. Mais le colonel est devenu furieux. C'est ainsi que ça s'est passé. Ça a été le pire moment de ma vie. Quand je suis arrivé, le Che était assis sur un banc. Quand il m'a vu il a dit : «Vous êtes venu pour me tuer». Je me suis senti intimidé et j'ai baissé la tête sans répondre. […] À ce moment je voyais un Che grand, très grand, énorme. Ses yeux brillaient intensément. Je sentais qu'il se levait et quand il m'a regardé fixement, j'ai eu la nausée. J'ai pensé qu'avec un mouvement rapide le Che pourrait m'enlever mon arme. « Sois tranquille, me dit-il, et vise bien ! Tu vas tuer un homme !». Alors j'ai reculé d'un pas vers la porte, j'ai fermé les yeux et j'ai tiré une première rafale. Le Che, avec les jambes mutilées, est tombé sur le sol, il se contorsionnait et perdait beaucoup de sang. J'ai retrouvé mes sens et j'ai tiré une deuxième rafale, qui l'a atteint à un bras, à l'épaule et dans le cœur. Il était enfin mort » . Terán était très impressionné étant donné l’immense aura internationale du Che.
Le 9 octobre au matin, le gouvernement de Bolivie annonce la mort de Che Guevara. Les guérilleros qui étaient avec lui sont pour la plupart capturés ou tués par l'armée les jours suivants.
Le gouvernement américain et de la CIA sont impliqués dans son assassinat. Dès les premières semaines d’avril 1967, les États-Unis avaient envoyé de nombreux agents de la CIA et des « bérets verts », ainsi qu’un bataillon des United States Army Rangers pour prêter main forte aux militaires boliviens, réputés peu efficaces . Les rangers envoyés par Washington sont très bien entraînés à la stratégie et à la tactique de la contre-guérilla rurale, qu’ils ont pour beaucoup d’entre eux expérimentée en Corée et au Vietnam.
L’envoi d’agents de la CIA en Bolivie s’explique à la fois par la crainte des États-Unis d’une contagion révolutionnaire en Amérique latine, région du monde qu’ils considèrent comme leur « arrière-cour », et par l’inquiétude des hautes sphères américaines due à la proximité entre la zone de la guérilla du Che et les importantes installations pétrolières tenues dans la région par des multinationales américaines.
Le Département d'État américain insistait aussi sur l'importance symbolique qu’il y aurait à capturer et tuer le « révolutionnaire le plus glamour » du XXe siècle, et estimait que sa mort constituerait un signe fort qui mettrait un frein aux aspirations révolutionnaires dans le monde .
Après la mort du Che se met en place une sorte de culte, quasi religieux, envers le célèbre révolutionnaire. Le lendemain de sa mort, son corps est emmené par l'armée bolivienne en hélicoptère à l’hôpital de Vallegrande, où il est exposé et photographié par des reporters. Des centaines de personnes viennent voir le corps, faisant parfois pour cela un long trajet, comme pour un pélerinage. Son cadavre frappe les observateurs par le caractère torturé et émacié de son corps et par la grande pureté qui semble émaner de son visage et en particulier de ses yeux ouverts. Pour les habitants de la région, marqués par la religion catholique, le corps du Che évoque le Christ. Ainsi, dès ce moment, un « culte » du Che commence à se développer, et les analogies avec un culte religieux sont frappantes : les femmes qui viennent le contempler, impressionnées par la ressemblance avec certaines peintures représentant Jésus-Christ mort, coupent des mèches de ses cheveux et les conservent sur elle, comme un talisman .
Dans le monde entier, immédiatement, l’émotion est très forte, surtout auprès de la jeunesse. L’année suivante, en 1968, l’image du Che est présente dans tous les cortèges étudiants, de Berkeley à Paris.
C’est seulement en 1997 que les restes du corps du Che et de plusieurs de ses derniers compagnons exhumés, ont été identifiés par des tests ADN. Ils ont été envoyés à Cuba, où le Che a reçu des funérailles nationales. Il est maintenant enterré dans un mausolée à Santa Clara aux côtés de six de ses derniers compagnons guérilleros. Che Guevara reste aujourd’hui encore comme un symbole marquant d’idéalisme révolutionnaire et internationaliste.
