24 maja 1964 Roberts wystartował z 11 pozycji do wyścigu World 600 na Charlotte Motor Speedway. Na siódmym okrążeniu doszło do wypadku Robertsa, Neda Jarretta oraz Juniora Johnsona. Ford Robertsa uderzył w ścianę po wewnętrznej stronie toru, obrócił się i stanął w płomieniach. Świadkowie twierdzą, że słyszeli głos Fireballa Robertsa, który wołał Neda na pomoc. Jarret próbował wyciągnąć go, ale cały samochód objęły płomienie. Został przewieziony do szpitala drogą powietrzną w stanie krytycznym. Roberts doznał poparzeń 2 i 3 stopnia, miał spalone 80% powierzchni ciała. Powszechnie uważa się, że chory na astmę Roberts zmarł z powodu reakcji uczuleniowej na rozlane podczas wypadku chemikalia. Stan jego jednak ulegał poprawie i była szansa, że wyzdrowieje. 30 czerwca jego stan zaczął się pogarszać. Dostał zapalenia płuc, oraz sepsę. Zapadł w śpiączkę i zmarł 2 lipca.
Roberts chciał zakończyć karierę, a ten wyścig miał być jednym z jego ostatnich.
Ten wypadek, a także dwa śmiertelne wypadki podczas wyścigu Indianapolis 500 zwróciły uwagę na niebezpieczeństwo spowodowane pożarem w wyścigach samochodowych.