W trakcie lotu borykał się z problemami technicznymi, a podczas lądowania zawiodły spadochrony modułu lądującego Sojuza, który nie posiadał już żadnych innych możliwości zmniejszenia prędkości opadania, co zakończyło się śmiercią kosmonauty po uderzeniu kapsuły w ziemię 24 kwietnia 1967 (o godzinie 3:22 czasu UTC), koło wsi Karasuk w rejonie adamowskim, obwodzie orenburskim.
Komarow został pochowany na Cmentarzu przy Murze Kremlowskim w Moskwie. Jego imieniem nazwano planetoidę (1836) Komarov, krater na Księżycu, a także wiele obiektów w ZSRR. W okresie od 28 kwietnia 1967 do 18 grudnia 1992 jego imię nosiła jedna z warszawskich ulic (obecnie ul. Wołoska)Ulica Wołoska na Warszawawikia. [dostęp 25 maja 2015].. Do 1990 był też patronem ulicy w Częstochowie (obecnie ul. Prądzyńskiego), a do 2017 roku ulicy w Białymstoku (obecnie ul. Jana Heweliusza).
Podobnie jak inni radzieccy kosmonauci, Komarow za pierwszy lot kosmiczny został uhonorowany 19 października 1964 tytułem Bohatera Związku Radzieckiego, a drugim pośmiertnie 24 kwietnia 1967.