En röd Ford Fiesta som reste norrut vid Drumjohn, nära Carspoirn, var i kollision med en vit Asda leveransbil på väg söderut ungefär 10:40 på fredag.
Bilföraren Scott Kennedy, 46 år, fördes med ambulans till Ayr Hospital, där han dog en kort tid senare.
Fiesta-chauffören, 50 år gammal Antony Sztuka, dog på platsen.
Båda var från Ayrshire.
A713 öppnades igen runt 18:45 timmar.
Sergeant Billy McEwan, från polisen i Skottland, sade: " Vi skulle vilja höra av alla som befann sig i närheten av kraschen för att kontakta polisen.
"Vi vet från vittnen redan talat med att det fanns en vit platt-säng pickup lastbil - storleken på en transit van - på vägen vid tidpunkten för kraschen.
"Vi är mycket angelägna om att tala med föraren eftersom han eller hon kan ha information som kan visa sig viktig för utredningen."
Två män har dött efter en trafikolycka på A713 i Dumfries och Galloway.