O Príncipe Imperial Dom Luís Maria falece no dia 26 de março de 1920 em Cannes.
O Príncipe Imperial Dom Luís Maria adquiriu um raríssimo tipo de reumatismo ósseo nas trincheiras durante a Primeira Guerra Mundial, tendo que ser retirado do campo de batalha em 1915 por estar paralisado.
Nos cinco anos seguintes Dom Luís Maria somente conseguia se locomover por meio de uma cadeira de rodas que ele pedalava para não imobilizar por completo suas articulações. Com sua condição parte da Família Imperial deixa o Palacete em Boulogne-sur-Seine e se muda para Cannes por causa do clima do Mediterrâneo. Passa a residir no modesto Palacete de seus sogros, o Conde e Condessa de Caserta, chamado de Vila Maria Teresa.
Já fraco e com friagem após o inverno de 1920, o Príncipe Imperial falece precocemente de uma congestão pulmonar em 26 de Março de 1920 na Vila Maria Teresa. Quem o sucedeu como Príncipe Imperial do Brasil foi seu filho mais velho, o Príncipe do Grão-Pará, Dom Pedro Henrique, então com apenas onze anos.
Seu corpo foi enterrado no mausoléu da Capela Real de Dreux, repousando junto com seus outros familiares, entre eles o seu irmão mais novo e companheiro Dom Antônio que havia falecido dois anos antes.
