ביום י"ח בחשוון תשע"ה (10.11.2014), חזר אלמוג עשהאל שילוני מחופשה והתייצב במחנה צריפין לצורך בדיקה. בסיומה, נסע לתחנה המרכזית בתל אביב, ומשם צעד למתחם תחנת הרכבת "ההגנה", כדי להגיע דרומה לבסיסו. בדרכו, תקף אותו מחבל מאחור בדקירות סכין, במטרה לחטוף את נשקו ולפגוע בעוברי אורח נוספים. אלמוג עשהאל נפגע אנושות מהדקירות, אך לא ויתר, הפגין תושייה רבה ובכוחותיו האחרונים נאבק במחבל ומנע מנפילת נשקו לידיו. עוברי אורח שחלפו במקום הניסו את המחבל והזעיקו עזרה. אלמוג עשהאל פונה לבית החולים "שיבא" שבתל השומר במצב קשה, ומקץ שעות ספורות נפטר על שולחן הניתוחים.
לאחר מותו הועלה אלמוג עשהאל לדרגת סמל-ראשון, ומקץ ארבעה חודשים בקירוב, העניק מפקד חיל האוויר, אלוף אמיר אשל, תעודת הערכה למשפחת שילוני, על גילויי אומץ הלב, האחריות והדוגמה האישית שהפגין בנם. בתעודה נכתב, בין היתר: "סמל-ראשון אלמוג עשהאל שילוני, זכרו לברכה, הראה במעשיו דבקות במשימה לאור המטרה ונכונות ללחום ולבצע את תפקידו תוך סיכון אישי".