En 1947, Doyle desafió a Sugar Ray Robinson por el título mundial de peso wélter. Robinson tuvo la ventaja en todos los asaltos excepto en el sexto, en el que se tambaleó dos veces y recibió un corte sobre su ojo derecho. Un único gancho de izquierda de Robinson, lanzado cuando Doyle intentaba un gancho de derecha, puso fin al combate en el octavo asalto. Doyle cayó de espaldas sobre su espalda, con fuerza. Cuando el árbitro empezó a contar, Doyle se levantó sobre los codos e intentó utilizar las cuerdas para ponerse de pie, pero no pudo. La campana que ponía fin al asalto sonó cuando el árbitro contaba «nueve», por lo que Doyle se salvó de un completo noqueo gracias a la campana. Sus manejadores pidieron al árbitro que terminara el combate, ya que Doyle no estaba en condiciones de continuar.
Doyle fue trasladado al Hospital de Caridad de San Vicente inmediatamente después del combate, donde no logró recuperar la conciencia y murió unas horas después.
Jimmy Doyle estaba peleando en Cleveland, ya que después de sufrir algunos fuertes nocauts en California la comisión de boxeo de ese estado no le sancionó para volver a pelear. Tras su muerte, se amenazó con presentar cargos penales contra Robinson en Cleveland, hasta el homicidio involuntario, aunque ninguno llegó a materializarse. El biógrafo de Robinson, Will Haygood, declaró durante una aparición en un festival de libros el 25 de septiembre de 2010 que Doyle se obligaba a pelear para «comprarle una casa a su madre» y, tras la muerte de Doyle en 1947, Robinson le dio las ganancias de sus siguientes cuatro peleas a la madre de Doyle, para que pudiera comprar esa casa.