Britu dziedātājs nomira Argentīnā 16.oktobrī 31 gada vecumā. Liams nokrita līdz nāvei no viesnīcas CasaSur Palermo trešā stāva balkona Buenosairesā. Viņš bija alkohola un narkotiku reibumā. Mākslinieka nāves dienā uz viņa rokas bija redzams Rolex pulkstenis 33 000 mārciņu (apmēram 4,5 miljonu rubļu) vērtībā. Taču pēc zvaigznes nāves tā pazuda bez vēsts. Izrādījās, ka pa dienu dziedātājas istabā bijušas divas meitenes.
Argentīnas mediji ziņoja, ka Peins viņiem solījis 5000 mārciņu, taču viņi nav saņēmuši visu naudu. Abas zvanītājas vēlāk prokuroriem stāstīja, ka “džentlmenis” Liams bija nometies ceļos viņu priekšā un teicis: “Es tevi mīlu”.
Nopratināšanas laikā viņi teica, ka VIP klients nav varējis viņiem samaksāt ne istabā, ne vestibilā, jo viņam nebija skaidras naudas. Viņš esot apsolījis viņiem savu Rolex pulksteni. Tad ieradās bijušā One Direction dziedātāja Rodžers Noress draugs, lai mēģinātu atrisināt konfliktu. Viena no meitenēm teica, ka bija aizmirsusi savu kosmētikas somu mākslinieka istabā, un viņai ļāva atgriezties, lai to paņemtu. Kopš tā laika neviens pulksteni nav redzējis. Pēc četrdesmit minūtēm Liams bija miris.
“Pamatojoties uz mūsu analizētajiem attēliem, Peins nāves dienā valkāja Rolex pulksteni. Tas bija uz viņa plaukstas locītavas, un viņš to nēsāja vismaz divas līdz trīs stundas pirms nāves,” sacīja detektīvs, kas strādā pie lietas. Policija pārmeklēja istabu un vairāku cilvēku mājas, kas traģēdijas dienā bija sazinājušies ar Liamu, tostarp telpas, kas saistītas ar diviem eskortiem, taču neko neatrada. Zvanītās meitenes, kuru vārdus policija neizpauž, šobrīd tiek uzskatītas par lieciniekiem, nevis aizdomās turamajām šajā lietā, taču tiek saprasts, ka viņas nolīgušas advokātu. Dažas stundas pirms savas nāves Liams pasūtīja divas pudeles šampanieša, pudeli viskija un no sava konta izņēma 300 dolārus. Prokurori apsver teoriju, ka nauda bija paredzēta, lai samaksātu par narkotikām.
Peins uzvedās vardarbīgi, vestibilā sasitot savu klēpjdatoru, pirms vairāki vīrieši aiznesa dziedātāju uz viņa istabu. Viesnīcas darbinieki divas reizes izsauca neatliekamās palīdzības dienestu, sakot, ka viesis ir lietojis pārāk daudz narkotiku un alkohola un izmet visu istabu. Neilgi pēc tam Liams nomira. Prokurori pašnāvību izslēdza. Viņi teica, ka Peins bija bezsamaņā vai daļēji pie samaņas un nezināja, ko viņš dara, vai nezināja par savām darbībām. Trīs cilvēkiem, tostarp viesnīcas darbiniekam, kopš tā laika ir izvirzītas apsūdzības saistībā ar Peina nāvi. Vienam ir izvirzīta apsūdzība par personas apdraudēšanu, kuras rezultātā iestājusies nāve, par kuru maksimālais sods ir 15 gadi cietumā. Pārējie divi tiek turēti aizdomās par narkotiku piegādi. Dziedātāja tika guldīta privātās bērēs Bekingemšīrā 20. novembrī. One Direction fani vēlas pastāvīgu memoriālu Liama dzimtajā pilsētā Vulverhemptonā.
