2001年4月1日上午，王伟在执行对美军用侦察机跟踪监视的任务中，所驾驶的飞机被美机撞毁后跳伞落海，光荣牺牲，年仅33岁。

这次在执行任务时，王伟坚毅果敢，沉着冷静，英勇顽强，用生命谱写了一曲爱国主义和革命英雄主义的壮丽凯歌。王伟牺牲后，中央军委于2001年4月24日在北京举行了命名大会，授予“海空卫士”荣誉称号和一级英模奖章，被海军党委批准革命烈士。