W dniu 5 czerwca 1940 roku, podczas swojej 133. misji bojowej w czasie wojny, angażując się w walkę powietrzną po raz 32., Mölders został zestrzelony w swoim Bf 109 E-4 podczas walki powietrznej z francuskimi Dewoitine D.520 w pobliżu Compiègne około 18:40. Mölders został następnie schwytany przez francuskich żołnierzy i wzięty do niewoli wojennej, ale został uwolniony trzy tygodnie później po
zawieszenie broni z Francją. Według różnych źródeł, w tym Edward R. Hooton i Alex Kershaw, jego zwycięzcą był "porucznik Sous" z "Groupe de Chasse" II/7, który został zestrzelony i zabity zaraz po zestrzelenia Mölders.