Spilotro e seu irmão Michael desapareceram em 14 de junho de 1986, depois que dirigiram juntos da casa de Michael em Oak Park. A esposa de Michael, Anne, relatou o desaparecimento de ambos os irmãos em junho 16. O carro de Michael, um Lincoln 1986, foi recuperado vários dias depois no estacionamento de um motel próximo ao Aeroporto Internacional O’Hare. Em 22 de junho, seus corpos foram encontrados, um em cima do outro e totalmente despidos, enterrados em um milharal na reserva Willow Slough perto de Enos, Indiana. A terra recém revolvida foi notada por um fazendeiro que pensou que os restos de um cervo morto fora da temporada haviam sido enterrados lá por um caçador furtivo, e notificou as autoridades. Uma autópsia concluída em 24 de junho identificou a causa da morte como traumatismo contuso e verificou que eles estavam mortos desde 14 de junho. Eles foram identificados por prontuários dentais fornecidos por seu irmão dentista, Patrick Spilotro. Os dois foram enterrados em um terreno familiar no cemitério Queen of Heaven em Hillside, Illinois, em 27 de junho.
Em janeiro de 1986, na sequência da prisão de Joseph Aiuppa e John Cerone por roubarem o cassino de Las Vegas lucros, uma reunião foi realizada no Czech Lodge em North Riverside, Illinois. A maioria do “escalão superior” estava lá, incluindo o chefe da Outfit, Tony “Joe Batters” Accardo. Accardo decidiu nomear Samuel Carlisi como o “Street Boss” encarregado das operações da Outfit para substituir Aiuppa. Carlisi disse ao grupo que Accardo permaneceria como consigliere e teria a palavra final, assim como Gus Alex permaneceria como chefe dos caras da conexão. Ele então passou para o primeiro problema: Spilotro, e como as coisas estavam indo mal desde que ele assumiu Vegas. O mafioso Rocco Infelice disse: “Bata nele”. Todos os outros na reunião concordaram. Spilotro foi substituído em Las Vegas por Donald “O Mágico das Odds” Angelini.
Embora os relatórios originais afirmassem que os Spilotro foram espancados e enterrados no campo de milho de Enos, Indiana, o mafioso Nicholas Calabrese testemunhou na “Operação Family Secrets “em 2007, que os irmãos foram mortos em um porão de Bensenville, Illinois, primeiro, onde os Spilotros acreditaram que Michael seria introduzido na Outfit, então seus corpos foram transportados para o milharal. De acordo com o testemunho do tribunal, quando Tony entrou no porão e percebeu o que estava para acontecer, ele perguntou se poderia “fazer uma oração”.
Nenhuma prisão foi feita até 25 de abril de 2005, quando 14 membros do o Chicago Outfit (incluindo o suposto chefe James Marcello) foi indiciado por 18 assassinatos, incluindo os Spilotros “. Os supostos assassinos incluíam o capo Albert Tocco de Chicago Heights, Illinois, que foi condenado a 200 anos de prisão em 1990, depois que sua esposa testemunhou contra ele. Ela testemunhou que, em 1986, ela expulsou o marido de um milharal em Indiana, onde ele disse que acabara de enterrar Spilotro.
Em 18 de maio de 2007, a principal testemunha no caso do governo contra 14 figuras da máfia de Chicago, Nicholas Calabrese, se confessaram culpados de participar de uma conspiração que incluiu 18 assassinatos, incluindo os ataques a Anthony e Michael Spilotro. Sob forte segurança, Calabrese admitiu que participou do planejamento ou execução de 14 dos assassinatos, incluindo os assassinatos de Spilotro. Ele se tornou a principal testemunha contra seu irmão, Frank Calabrese, Sr., e outras figuras importantes da máfia acusadas no Julgamento de Segredos de Família do governo. Calabrese concordou em testemunhar depois que o FBI mostrou a ele evidências de DNA ligando-o ao assassinato de um colega. o homem John Fecarotta, que também estava supostamente envolvido nos assassinatos de Spilotro.
Em setembro de 2007, Frank Calabrese, Sr. e quatro outros homens – Marcello, Joseph Lombardo, Paul “The Indian” Schiro e o ex-Chicago policial Anthony “Twan” Doyle – foi condenado por crimes relacionados à máfia. Em 27 de setembro de 2007, Marcello foi considerado culpado por um júri federal pelos assassinatos de ambos os irmãos Spilotro. Em 5 de fevereiro de 2009, Marcello foi condenado à prisão perpétua pelos assassinatos de Spilotro, e o juiz distrital dos Estados Unidos James Zagel, concordando com a apresentação feita pelo promotor federal Markus Funk, também considerou Marcello responsável pelo assassinato de D “Andrea, embora o júri tivesse empatado nessa contagem. Em 26 de março de 2009, Nicholas Calabrese foi condenado a 12 anos e quatro meses de prisão.
Em uma entrevista de 2010 para a revista Maxim, enquanto promovia a abertura do Las Vegas Mob Experience no Tropicana Hotel, Tony Spilotro “O filho de Vincent afirmou que o verdadeiro alvo era seu tio Michael e Tony foi morto para evitar qualquer vingança.