2001年4月1日上午，王伟在执行对美军用侦察机跟踪监督的义务中，所驾驶的飞机被美机撞毁后跳伞落海，庆幸牺牲，年仅33岁。
这次在执行义务时，王伟坚忍大胆，沉着岑寂，英勇顽强，用生命谱写了一曲爱国主义和反动英雄主义的壮丽凯歌。王伟牺牲后，中心军委于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，被水师党委批准反动烈士。