หลังมีอำนาจ เขาได้ปรับโครงสร้างเศรษฐกิจของประเทศให้เป็นแบบสังคมนิยม อย่างการยึดธุรกิจขนาดใหญ่มาเป็นของรัฐ และระบบนารวม มีการขึ้นเงินเดือน ดูแลประชาชนเรื่องการศึกษา สุขภาพ และที่อยู่อาศัย ซึ่งในเบื้องต้นก็ได้สร้างความอยู่ดีกินดีให้ประชาชนอย่างมาก
แต่ไป ๆมา ๆ เรื่องนี้กลับนำไปสู่ปัญหาเงินเฟ้อ และการขาดแคลนอาหาร จึงเริ่มมีการประท้วง และผละงาน พรรคฝ่ายค้านก็ลุกขึ้นต่อต้านอย่างหนัก ขณะที่สหรัฐก็ทุ่มเงินไปถึง 300 ล้านดอลล่าร์เพื่อที่จะเอาเขาลงจากอำนาจให้ได้ เนื่องจากต้องการสกัดการขยายตัวของลัทธิคอมมิวนิสต์ในช่วงสงครามเย็น
ต้นเดือนกันยายน 2516 พรรคฝ่ายค้านจัดการชุมนุมเดินขบวนครั้งใหญ่ในเมืองหลวงเพื่อเรียกร้องให้เขาลาออกจากตำแหน่ง และในที่สุด ทหาร ที่ได้รับการสนับสนุนจากหน่วย CIA ของสหรัฐก็ก่อรัฐประหาร เข้ายึดอำนาจการปกครอง และ 11 กันยายน 2516 ประธานาธิบดีอาเยนเด้ วัย 64 ปีของชิลี ก็เสียชีวิตจากการยิงตัวตายในทำเนียบประธานาธิบดี ระหว่างการก่อรัฐประหารของกองทัพ เมื่อกองทัพโจมตีทำเนียบประธานาธิบดี ซึ่งเป็นที่มั่นของอาเยนเด้อย่างหนัก รวมถึงการโจมตีทางอากาศด้วยระเบิดอย่างน้อย 17 ลูก หลังอาเยนเด้ปฏิเสธที่จลาออก อาเยนเด้ยิงตัวตายด้วยปืนอาก้าที่ฟิเดล คาสโตร ผู้นำคิวบาให้เป็นของขวัญเนื่องจากไม่ต้องการจำนน
หลังได้รับชัยชนะ นายพลออกุสโต ปิโนเช่ต์ ผู้บัญชาการทหารสูงสุดก็แต่งตั้งตัวเองเป็นประธานาธิบดี และในระหว่างที่เรืองอำนาจอยู่นาน 17 ปี ก็ยังมีผู้ที่ถูกสังหาร หรือไม่ก็สูญหายอีกราว 3 พันคน แต่ชาวชิลีหลายคนก็รักเขา เมื่อมองว่าเขาเป็นคนที่ปกป้องประเทศจากพวกมาร์กซิสต์ แต่สุดท้ายแล้ว ก็เลิกสนับสนุน หลังชัดเจนว่าเขายักยอกเงินของประเทศไปกว่า 800 ล้านบาท
นับตั้งแต่ที่อาเยนเด้ถึงแก่อสัญกรรม มีการลือกันมาตลอดว่าจริง ๆ แล้วเขาถูกสังหาร จึงมีการนำศพของเขามาตรวจพิสูจน์อีกครั้งในปี 2554 แต่ผลสรุปก็ยังเป็นเช่นเดิม คือเขายิงตัวตาย