Mayıs 1890'da Van Gogh Saint-Rémy'den ayrılıp Paris yakınlarındaki Auvers-sur-Oise'a geldi. Burada, daha önce ruhsal problemli ressamlarla ilgilenmiş olan Dr. Paul Gachet'nin gözetiminde kalacak, kardeşi Theo'ya da yakın olacaktı. Van Gogh'un Dr. Gachet hakkındaki ilk yorumu "bence benden daha hasta, ya da tam benim kadar hasta diyelim" oldu. Fakat sonradan doktorla iyi geçinmeye başlayan Van Gogh, doktorun üç ayrı portresini çizdi. Auvers-sur-Oise'da kaldığı süre boyunca kendini tamamen resme veren Van Gogh, burada geçirdiği 70 günde yaklaşık 70 yağlıboya resim üretti. Annesi ve kızkardeşine yazdığı son mektupta, kafasının geçen yıla göre çok daha sakin ve huzurlu olduğunu yazdı.
27 Temmuz 1890'da resim malzemelerini alıp bir tarlaya yürüyen Van Gogh, kendisini tabancayla göğsünden vurdu. Sendeleyerek kaldığı otele döndü ve yatağına uzandı. Kanamayı farkeden otel sahibi, kasaba doktoru Mazery'yi ve Van Gogh'un doktoru Gachet'yi çağırdı. Doktorlar, mermiyi çıkarmanın çok riskli olacağına kanaat getirip Theo'ya hemen gelmesi için haber yolladılar. Vincent Van Gogh, 29 Temmuz 1890 sabahı 1:30 sularında , kardeşi Theo'nun kollarında öldü, ve Auvers-sur-Oise'a gömüldü.
Vincent'tan altı ay sonra Theo da uzun süredir mücadele ettiği frengi hastalığına yenilerek hayata gözlerini yumdu. Theo'nun naaşı önce Utrecht'e gömüldüyse de, karısı Johanna'nın isteği üzerine 1914'te Auvers-sur-Oise'a getirildi ve Vincent'in mezarının yanına gömüldü. Dr. Gachet'nin bahçesinden alınarak mezar taşlarının arasına dikilen sarmaşık filizi, bugün iki kardeşin mezarlarını tamamen kaplamaktadır.