Трагически погиб поздним вечером 3 ноября 2007 года в автокатастрофе вместе с семьёй (женой и сыном). Ранним субботним утром 3 ноября актёр вместе с семьёй отправился во Владимир в гости к своему другу-стоматологу. Вечером того же дня Александр должен был встретить родителей своей жены. Они так и ждали их на вокзале. На 109-м километре у заправки за деревней Старые Омутищи в Петушинском районе Владимирской области Александр на своём автомобиле «Toyota Picnic» в 22 часа 15 минут по неизвестным причинам пересёк две сплошные линии и выехал на встречную полосу, где на крайней левой полосе встречного движения столкнулся с грузовиком «Scania», который фактически подмял под себя всю машину. Водитель грузовика, 38-летний нижегородец Анатолий Тутуркин, остался в живых.
Прибывшие на место сотрудники ГАИ не смогли сразу опознать семью Дедюшко, так как в обгоревшей машине не было как документов, так и ничего другого, что могло бы их идентифицировать. У Димы был обнаружен мобильник в который был забит номер, обозначенный как «тётя». Номер принадлежал сестре Светланы Анне. Через полчаса о катастрофе знала вся страна.
Александр Дедюшко вместе с женой и сыном был похоронен 7 ноября 2007 года на Троекуровском кладбище в Москве. Тела Александра и Светланы были настолько изувечены, что их хоронили в закрытых гробах. Осенью 2009 года на могиле семьи Дедюшко был установлен памятник. Он представляет собой три стелы из чёрного гранита с выгравированными на них кадрами киноплёнки и вставленными в них портретами Александра, Светланы и Дмитрия.
