W Wilnie Niewiarowska zmarła w wyniku rozległych oparzeń, jakim uległa wskutek nieszczęśliwego wypadku. Ze względu na brak miejsc w wileńskich hotelach, zespół teatru nocował w wagonach kolejowych. 30 czerwca 1927 po południu Niewiarowska w swoim przedziale czyściła benzyną suknię wieczorową i po ukończeniu prania zawołała swoją służącą. Gdy ta uchyliła drzwi do przedziału, płomień lampy spirytusowej z korytarza spowodował wybuch oparów benzyny w przedziale. Na Niewiarowskiej zapaliło się ubranie. Nie mogąc otworzyć drzwi, wydostała się z przedziału przez okno i dopiero na zewnątrz pociągu udzielono jej pomocy. Doznała ciężkich oparzeń obejmujących 75% powierzchni ciała. Zmarła w szpitalu św. Jakuba 12 godzin po wypadku.
Podczas transportu jej trumny ze szpitala na dworzec kolejowy w Wilnie oraz podczas pogrzebu w Warszawie dochodziło do wystąpień środowisk konserwatywnych, które kontestowały dorobek artystyczny zmarłej, zarzucając jej naruszanie norm moralnych. Została pochowana na cmentarzu Powązkowskim w Warszawie (kwatera 77-5-16).