En la tarde del Jueves Santo, 29 de marzo de 1956, Alfonso y Juan Carlos estaban en la casa de sus padres Villa Giralda en Estoril, Portugal, durante las vacaciones de Pascua, donde Alfonso murió en un accidente de armas. La Embajada de España en Portugal emitió un comunicado oficial:
Mientras Su Alteza el Infante Alfonso estaba limpiando un revólver la noche anterior con su hermano, se disparó un tiro golpeándole la frente y matándolo en pocos minutos. El accidente tuvo lugar a las 20.30 horas, después del regreso del Infante del servicio religioso del Jueves Santo, durante el cual recibió la Sagrada Comunión.
Alfonso había ganado un torneo local de golf juvenil ese mismo día, luego asistió a la misa vespertina y corrió a la habitación para ver a Juan Carlos que había regresado a casa para las vacaciones de Pascua de la escuela militar. Se alega que Juan Carlos comenzó a jugar con un revólver calibre .22 que aparentemente había sido entregado a Alfonso por el general Francisco Franco.
En los periódicos aparecieron rumores de que el revólver del calibre .22 había sido retenido por Juan Carlos en el momento en que se disparó.
Como eran los únicos dos en la habitación, no está claro cómo dispararon a Alfonso, pero según Josefina Carolo, modista de la madre de Juan Carlos, Juan Carlos apuntó con la pistola a Alfonso y apretó el gatillo, sin saber que la pistola estaba cargada. Bernardo Arnoso, un amigo portugués de Juan Carlos, también dijo que Juan Carlos disparó la pistola sin saber que estaba cargada, y agregó que la bala rebotó en una pared golpeando a Alfonso en la cara. Helena Matheopoulos, una autora griega que habló con Pilar, la hermana de Juan Carlos, dijo que Alfonso había salido de la habitación y cuando regresó y empujó la puerta para abrirla, la puerta golpeó a Juan Carlos en el brazo, lo que provocó que disparara la pistola.
Se alega que Infante Juan, conde de Barcelona, el padre de los niños arrojó el arma al mar en algún momento después de la muerte de Alfonso.
¿Qué se siente recibir un disparo en la cabeza?
¿Alguna vez ha habido un accidente en que su hijo haya sido confundido con abuso?
¿Por qué hay tantos accidentes ferroviarios en India cada año?
¿Por qué han ocurrido 4 accidentes en el mar? El último es el USS John S. McCain. ¿Que esta pasando?
La liturgia fúnebre para Alfonso se realizó el Sábado Santo y fue presidida por Monseñor Fernando Cento, Nuncio Apostólico en Portugal. Fue enterrado en el cementerio municipal de Cascais, Portugal. En octubre de 1992 fue enterrado en el Panteón de los Príncipes de El Escorial, cerca de Madrid.
