در سال ۱۹۷۰ بروسلی به دلیل تمرینات سنگین به بیماری فتق دیسک بین‌مهره‌ای دچار می‌شود. پزشک او را از ادامه ورزش منع کرده بود اما او با تزریق موضعی کورتیزون درد ناشی از این بیماری را کنترل می‌کرد. بروس تنها دو ماه قبل از مرگ در هنگام انجام دوبله برخی دیالوگ‌های فیلم اژدها وارد می‌شود در استودیو گلدن هاروست واقع در هنگ کنگ دچار سردرد و سپس صرع می‌شود که سریعا به بیمارستان باپتیست هنگ کنگ منتقل شده و پزشکان مشکل او را تجمع بیش از حد آب در فضای داخل سلولی یا خارج سلولی در مغز (ادم مغزی) تشخیص می‌دهند. در روز مرگ بروسلی نیز همین علائم مجدد بر او تکرار می‌شود.
بروس با تهیه‌کننده فیلم ریموندجو در ساعت ۲ بعدازظهر روز ۲۰ جولای ۱۹۷۳ قرار داشت.
آن دو در مورد ساخت فیلم بازی مرگ با یکدیگر مشورت کردند و تا ساعت ۴ بعدازظهر با هم صحبت کردند و بعد به خانه بتی تینگچی بازیگر تایوانی الاصل که نقش اصلی زن فیلم بازی مرگ را داشت رفتند. بعد از ساعتی چو آنجا را ترک می‌کند و بروس و بتی با هم شام می‌خورند.
در آنجا بروس احساس سردرد می‌کند و بتی یک قرص Eguagesic (آسپرین قوی) به او می‌دهد. حدود ساعت ۷ شب بروس به خواب می‌رود. چو به خانه بتی تلفن می‌زند تا با بروس حرف بزند اما بتی می‌گوید بروس به خواب عمیقی رفته و نمی‌تواند او را بیدار کند. بلافاصله او را به بیمارستان می‌رسانند. پزشکان به معاینه دقیق می‌پردازند. او به کما رفته بود بعد از مدت کوتاهی نیز حتی نفس هم نمی‌کشید. پزشکان متوجه شدند که مغزش تورم دارد. وزن مغز او از ۱۴۰۰ به ۱۵۷۵ گرم رسیده بود.
هیچ‌یک از رگهای خونی بسته یا پاره نشده بود. تمام اعضا و جوارح بدن مورد معاینه قرار گرفته و کالبد شکافی شد. در معده‌اش همان قرص آسپرین قوی بود که بتی به او داده بود. علاوه بر این چند دانه شاهدانه در معده‌اش یافت شد که مشخص نشد این شاهدانه‌ها را از دست چه کسی خورده‌است. عده‌ای از پزشکان معتقد بودند که شاهدانه‌ها به زهر آغشته شده بود و همین امر سبب مرگ وی شده‌است. اما پزشک اصلی او معتقد بود که به دلیل خوردن آسپرین قوی، دچار تورم مغزی شده‌است.
قبر او در سیاتل آمریکا در خیابان گارفیلد می‌باشد در هنگام مرگ بروس لی پسرش برندان لی ۸ سال داشت که ۲۰ سال بعد از مرگ پدرش یعنی در سن ۲۸ سالگی او به طرز مشکوکی در گذشت؛ قبر او نیز در کنار قبر پدرش است.
در سال ۲۰۱۷ در مستند "اتوپسی، پاتولوژیست قانونی" محصول شبکه رلز، دکتر مایکل هانتر با بررسی دقیق تر مدارک کالبد شکافی بروسلی این تئوری را مطرح می‌کند که بروسلی به دلیل عوارض مصرف بیش از حد کورتیزون بجهت تسکین درد ناشی از بیماری فتق دیسک بین‌مهره‌ای که به مدت سه سال آن را خودسرانه تزریق می‌کرد درگذشته‌است. در این مستند به نقل از یکی از فیلمبرداران فیلم اژدها وارد می‌شود این‌طور نقل می‌شود که در هنگام ضبط فیلم گاهی رنگ چهره بروسلی از حالت طبیعی به رنگ قرمز تیره در می‌آمده که باعث نگرانی اعضا گروه می‌شده است. مدارکی نیز آورده می‌شود که بروسلی برای کاهش استرس کاری از گیاه شاهدانه ماری‌جوآنا استفاده می‌کرده است.
