Mais le sort trancha ces différends fratricides. Charles mourut peut-être victime de la peste lors d’une campagne contre les Anglais. François Ier fut bouleversé par le décès de ce fils tant aimé qui n’était peut-être pas aussi merveilleux qu’il avait plaisir à le penser.
Quant à Henri, malgré ses rancœurs, il vint au chevet de son cadet et semble avoir été affecté de sa disparition.
Charles fut inhumé en l’abbaye Saint-Lucien de Beauvais dont il ne reste plus aujourd'hui que des vestiges. Au mois de mai 1547, à l'occasion des funérailles de son père, sa dépouille mortelle regagnait Paris. Déposée en l'église Notre-Dame-des-Champs, elle prit le chemin de la basilique Saint-Denis le 23 mai en même temps que celle de son père et de son frère, François dauphin, mort en 1536. Tous trois furent inhumés dans le même caveau.
Ce mausolée réalisé par l'architecte Philibert de l'Orme, entre 1549 et 1558, est le plus important des tombeaux de la basilique Saint-Denis. Sur la plate-forme supérieure, les souverains agenouillés sont accompagnés de trois de leurs enfants dont Charles d'Angoulême.