Bauern und Aristokratie fühlten sich in gleicher Weise unterdrückt, sodass sich die Adligen schließlich an König Knut von Dänemark wandten. Als Knut die Chance zur Invasion nutzte und 1028 selbst zum König gewählt wurde, floh Olav über Schweden nach Nowgorod. Knut weilte in England, als der von ihm in Norwegen eingesetzte Jarl verstarb, was Olav im Jahr 1030 veranlasste, mit einem kleinen Heer nach Norwegen zurückzukehren. Bei Stiklestad nahe Trøndelag stieß er auf ein wütendes und zahlenmäßig überlegenes Bauernheer.
Am 29. Juli kam es zur Schlacht, bei der Olavs Heer besiegt und er selbst tödlich verwundet wurde. Sterbend habe er sich an einen Stein gelehnt. Dieser Olavsstein soll später in den Altar der Kirche eingebaut worden sein, die an der Stelle von Olavs Tod errichtet wurde.
Bald wurde er nicht mehr Olav Haraldssohn, sondern Olav der Heilige genannt. Nach seinem Tod soll es zu Wundern gekommen sein. Olavs Heldentod im Kampf machte ihn zum Märtyrer. Die Schlacht von Stiklestad wurde zum symbolischen Wendepunkt in der Geschichte der Christianisierung Norwegens.
