30 мая 1942 года подполковник Б. Ф. Сафонов, будучи уже командиром 2-го гвардейского смешанного Краснознамённого авиаполка ВВС СФ, вылетел во главе звена истребителей на прикрытие каравана судов PQ-16, идущих к Мурманску. Во время боя с превосходящими силами противника звено распалось, и Борис Сафонов остался в одиночестве. Он передал по радио, что сбил три бомбардировщика Ю-88, после чего связь с ним оборвалась. Последними его словами были: «Мотор подбит, иду на вынужденную». Точная причина гибели Сафонова неизвестна. По одной из версий (позже объявленной официальной), его «Киттихаук» потерпел катастрофу из-за неполадок в моторе. Также возможно, что самолёт Сафонова был сбит оборонительным огнём бомбардировщиков, о чём была сделана запись в оперативной сводке 2-го ГКАП за 30 мая. Моряки с одного из кораблей видели, как одиночный «Киттихаук» перешёл в крутое пике, врезался в воду и быстро затонул.

Всего за время боевых действий Борис Сафонов совершил 234 боевых вылета, сбил лично 20 вражеских самолётов (включая 6 предположительно) и 5 в группе. В литературе широко распространены и более высокие цифры его побед, например, до 30 личных побед.