Apesar de explorar a compra da Louisiana com Lewis e Clark, ele adoeceu no final de julho de 1804. Em 31 de julho, Floyd escreveu em seu diário: “Estou muito doente e já estou há algum tempo, mas recuperei minha saúde novamente”. No entanto, esta aparente recuperação foi logo seguida por uma grave mudança para pior. William Clark descreveu a morte de Floyd como “com muita compostura”, e que antes da morte de Floyd ele disse a Clark, “Eu estou indo embora. Por favor, escreva-me uma carta”
Um funeral foi realizado e Floyd foi enterrado em um blefe com vista para o Rio Missouri. A expedição chamou o local Floyd’s Bluff em sua honra. Eles acamparam naquela noite na foz do Rio Floyd, “cerca de 30 metros de largura, uma bela noite…”
Clark diagnosticou a condição que levou à morte de Floyd como cólica biliosa, embora os médicos e historiadores modernos acreditem que a morte de Floyd era mais provável que tivesse sido causada por uma ruptura do apêndice. A breve “recuperação” que Floyd descreveu pode ter representado o alívio temporário proporcionado pelo rebentamento do órgão, que teria sido seguido por uma peritonite fatal. Se fosse esse o caso, porque não havia cura conhecida para a apendicite naquela época, ele não estaria melhor se estivesse com os melhores médicos da época.