Le Che préside de nombreuses missions officielles au nom du Gouvernement révolutionnaire. Du 22 octobre au 9 décembre, il est à la tête de la mission économique de Cuba qui est de visite en URSS, Tchécoslovaquie, RDA et République Populaire de Chine. Le 19 octobre 1960, les Etats-Unis décrètent l’embargo commercial de Cuba. Le 17 novembre, pendant son séjour en Chine, vient au monde Aleida Guevara March, ou "Aliusha", à La Havane. C’est là également que naîtront ses autres frères.
Le 3 janvier 1961 les Etats-Unis rompent leurs relations diplomatiques avec Cuba. Le 23 février 1961, le Che est nommé ministre de l’Industrie et membre du Conseil Central du Plan. Le 20 mai 1962 naît son fils, Camilo, nom qu'il lui donne en hommage à son camarade Camilo Cienfuegos, qui mourut tragiquement dans un accident aérien. Du 17 au 20 avril 1961, Ernesto Che Guevara occupe le commandement militaire de Pinar del Río pendant l’attaque de mercenaires sur la Plage Girón, dans la Baie des Cochons (Bahía de los Cochinos), au cours de laquelle 1500 contre-révolutionnaires cubains tentent d’envahir l’île dans une opération organisée et financée par la CIA. Les révolutionnaires mettront en déroute les mercenaires en moins de 72 heures.
Le 4 août, le Che est à la tête de la délégation cubaine lors de la Conférence des Amériques de Punta del Este en Uruguay. La délégation est reçue à l’Aéroport national de Carrasco par des milliers de personnes chantant des slogans anti-yankees et aux cris de « vive la Révolution cubaine ». En octobre 1962 et jusqu’en novembre de la même année, Ernesto occupe le commandement militaire des troupes de Pinar del Río pendant la Crise d’octobre. Lors de sa présence à Cuba, le Che œuvre sa donne à de nombreuses tâches : il est l’initiateur du Travail volontaire dans tout le pays, de l’organisation des Forces armées révolutionnaires (FAR) ; il est le fondateur de la revue Verde Olivo, où il écrit de nombreux articles ; il est l’auteur de différents livres et essais. Les œuvres du Che les plus connues sont : « Diario de Bolivia », « Discurso en Argel », « Discours lors de la XIXème Assemblée Générale des Nations Unies », « El cuadro, columna vertebral de la revolución », « El Socialismo y el Hombre en Cuba », « La Guerra de Guerrillas », « Mensaje a los Pueblos del mundo a través de la Tricontinental », « Pasajes de la Guerra Revolucionaria », « Reforma Universitaria y Revolución », « Sobre la construcción del Partido », « Solidaridad con Vietnam del Sur », « Táctica y Estrategia de la Revolución Latinoamericana ».
Le 14 juin 1963 naît le quatrième enfant du Che, le troisième avec Aleida. C’est une fille qui sera appelée Celia, en hommage à sa mère. Le 19 mars 1964, vient au monde Omar Pérez, fruit de la relation extraconjugale que Ernesto a eue avec Lidia Rosa López. Du 20 mars 1964 au 13 avril, le Che est à la tête de la délégation cubaine pendant la conférence de l’ONU pour le Commerce et le Développement à Genève, en Suisse. Du 15 au 17 avril, il est en visite en France, Algérie et Tchécoslovaquie. Il visite l’URSS du 5 au 19 novembre et participe au 47ème Anniversaire de la Révolution d’octobre. Il préside à nouveau la délégation cubaine lors de l’Assemblée Générale de l‘ONU à New York du 9 au 17 décembre. Puis il se rend en Algérie.
En janvier 1965, Ernesto Che Guevara est en République de Chine, puis au Mali, Congo (Brazzaville), Guinée, Ghana, Dahomey, Tanzanie, Egypte, Algérie et revient à La Havane le 14 mars. Sa dernière intervention publique à Cuba a lieu le 15 mars quand il fait un compte rendu de ses voyages à l'étranger devant ses collaborateurs du ministère de l‘Industrie. Afin de poursuivre plus en avant ses idéaux libertaires, il sollicite de la Direction de la révolution cubaine son détachement des responsabilités qui le lient à Cuba, pour reprendre la lutte armée en solidarité avec les peuples du monde.
Le 1er avril 1965, il écrit des lettres d’adieux à ses parents, ses enfants et Fidel Castro, et s’en va pour le Congo. C’est dans ce pays qu’il apprendra la mort de sa mère. Un an plus tard, le jeudi 3 novembre 1966, Ernesto Che Guevara arrive à La Paz, en passant par Madrid et Sao Paulo. Il entre clandestinement en Bolivie sous le nom de Adolfo Mena González, fonctionnaire péruvien de l’Organisation des Etats américains et possède au cas où, un passeport uruguayen au nom de Ramón Benítez Fernández.
Le 7 novembre il se trouve dans une hacienda de Ñancahuasú où, avec un petit groupe de combattants boliviens, cubains et autres nationalités, il fonde l’Armée de libération nationale de la Bolivie (Ejército de Liberación Nacional de Bolivia). Pendant son séjour en Colombie, il est connu en tant que "Comandante Ramón", et également "Fernando el sacamuelas". Mais 11 mois plus tard, après avoir été fait prisonnier et sérieusement blessé, Ernesto Che Guevara est exécuté, le dimanche 8 octobre 1967 à 13h10, par des soldats boliviens dirigés par des agents de la CIA, dans la petite école du village de La Higuera, province de Chuquisaca.
Le 18 octobre 1967, sur la Place de la Révolution, Fidel Castro informe le demi-million de Cubains présents de la mort du Commandant Ernesto Che Guevara : « Tu as disparu physiquement, mais ton image et tes idéaux restent et resteront présents en nous, parce que ceux-là ils ne pourront jamais les tuer avec des balles ».