Dopo aver lasciato le Lost Hills, Dean stava guidando verso ovest sulla California State Route 46, a est di Cholame  quando, in direzione opposta, una Ford Custom Tudor "coupé" bianca e nera del 1950, guidata dallo studente ventitreenne Donald Gene Turnupseed  voltò a sinistra verso la Route 41 attraversando la corsia di Dean.
Le due auto si scontrarono quasi frontalmente.
Secondo un articolo del 1º ottobre 2005, apparso sul "Los Angeles Times", l'ufficiale Ron Nelson aveva appena terminato la pausa caffè quando si precipitò sulla scena dell'incidente e vide sull'ambulanza James Dean privo di sensi e con grandi difficoltà respiratorie.
L'impatto portò alla rottura del collo di Dean, insieme a fratture multiple  e a vaste lesioni interne.