Aralık 1964'te Birleşmiş Milletler'de konuşma yapmak üzere Küba heyetinin başı olarak New York'a gitti. CBS televizyon kanalında pazar günleri yayınlanan Face the Nation isimli haber programına çıktı. ABD Senatörü Eugene McCarthy, Malcolm X'in çalışma arkadaşları, Kanadalı radikal Michelle Duclos dahil olmak üzere değişik kişi ve gruplarla görüştü.

17 Aralık'ta Paris'e uçtu ve üç aylık bir uluslararası geziye başladı. Bu gezi sırasında Çin Halk Cumhuriyeti, Birleşik Arap Cumhuriyeti (Mısır), Cezayir, Gana, Gine, Mali, Dahomey, Kongo-Brazzaville ve Tanzanya'yı dolaştı. İrlanda, Paris ve Prag'da molalar verdi.

24 Şubat 1965'te Cezayir'de, sonradan uluslararası sahnede son görünüşü olacak olan "İkinci Afrika-Asya Ekonomik Dayanışma Semineri"ndeki konuşmasını yaptı. Bu konuşmada şöyle demiştir: "Ölümüne olan bu mücadelede hiçbir sınır yoktur. Dünyanın hiç bir yerinde meydana gelen olaylara kayıtsız kalamayız. Bir ülkenin emperyalizme karşı zaferi bizim zaferimizdir, aynı şekilde yenilgisi de bizim yenilgimizdir."
  
Şu sözlerle de dinleyicilerini şaşırtmıştır: "Sosyalist ülkelerin, Batı'nın sömürgeci ülkeleriyle üstü kapalı işbirliğini tasfiye etmeleri ahlakî görevleridir." 

Sonra da bu hedefe ulaşmak için komünist bloğu ülkelerinin uygulaması gereken bir dizi eylemi sıralamıştır. 14 Mart'ta Küba'ya döndüğünde Havana havaalanında Fidel ve Raúl Castro, Osvaldo Dorticós ve Carlos Rafael Rodríguez tarafından sade bir törenle karşılandı.

İki hafta sonra Guevara kamu hayatından çekildi ve ardından tamamen ortadan kayboldu. Castro'dan sonra gelen adam olarak bakıldığı Küba'da nerede olduğu, 1965 yılının en büyük gizemlerindendi. Ortadan kayboluşu için değişik sebepler öne sürüldü: 

Sanayi bakanıyken savunduğu sanayileşme projelerinin görece başarısızlığı, Çin-Sovyet ayrılığı arttıkça Guevara'nın Çin Komünist Partisi yanlı tutumunu onaylamayan Sovyet resmi görevlilerinin Castro'ya yaptıkları baskı ve Küba'nın ekonomik gelişmesi ile ideolojik çizgisi üzerine Guevara ile Küba lideri arasındaki önemli görüş ayrılıkları. Castro'nun Guevara'nın tanınmışlığından rahatsız olup onu tehdit olarak görmesi de neden olarak gösterildi. Castro'nun bazı muhalifleri onun Guevara'nın kayboluşu hakkındaki açıklamalarının hep şüphe uyandırıcı olduğunu söylerler. Guevara'nın niyetlerini hiç alenen açıklamayıp ve sadece Castro'ya yazılmış tarihsiz ve tarzı olmayan dalkavukça bir mektupla bildirmiş olması çoğu kişi tarafından şaşırtıcı bulunmuştur.

Guevara'nın görüşlerinin Çin Komünist Partisi liderleri tarafından açıklanan görüşlerle benzeşmesi, ekonomisi gittikçe Sovyetler Birliği'ne daha da bağımlılaşmakta olan Küba için büyüyen bir sorundu. Küba devriminin ilk günlerinden itibaren Guevara'nın Latin Amerika'da Maocu stratejinin uygulanmasını savunduğu düşünülüyordu ve yaratmış olduğu Küba'nın hızla sanayileşmesini öngören plan Çin'in "İleri Büyük Atılım"ına benzetiliyordu. Küba'nın batılı "gözlemcileri"ne göre Guevara'nın Sovyet koşullarına ve önerilerine karşı çıkmasına rağmen Castro'nun kabul etmek zorunda kalması ortadan kaybolmasının nedeni olabilirdi. Oysa hem Guevara hem de Castro, Sovyetler Birliği ve Çin'in de bulunduğu birleşik cepheyi destekliyordu. Ayrılığa düşmüş bu iki ülke arasında antlaşma sağlamak için başarısızlıkla sonuçlanan bir dizi girişimde de bulunmuşlardı.

Küba Füze Krizi'nden sonra ve Kruşçev'in Castro'ya danışmadan Küba'dan füzeleri çekmeye razı gelmesini Sovyetlerin ihaneti olarak gören Guevara, Sovyetler Birliği hakkında daha da şüpheci oldu. Cezayir'deki son konuşmasında artık Kuzey Yarımküre'yi, batıda ABD ve doğuda SSCB liderliğinde, Güney Yarımküre'nin sömürücüsü olarak gördüğünü belirtmiştir. Vietnam Savaşı sırasında komünist Kuzey Vietnam'ı desteklemiş ve gelişmekte olan ülkelerin halklarını, silahlanıp "pek çok Vietnamlar" yaratmaları için teşvik etmiştir.

Guevara'nın akıbeti hakkındaki uluslararası spekülasyonların baskısıyla Castro 16 Haziran 1965'te yaptığı açıklamada insanların Guevara hakkında bilgi almalarının ancak Guevara istediğinde mümkün olabileceğini söyledi. Guevara'nın ortadan kayboluşu ile ilgili Küba içinde ve dışında pek çok dedikodu yayıldı. 

Aynı yılın 3 Ekim'inde Castro, Guevara'nın birkaç ay önce kendisine yazdığı tarihsiz mektubu açıkladı. Bu mektupta, Guevara, "Küba devrimine bağlılığını tekrarlıyor ancak devrim yolunda yabancı topraklarda savaşmak için Küba'dan ayrılma niyetini" bildiriyordu. Mektubunda "dünyadaki diğer uluslar benim basit emeğime çağrı yaptılar" diye belirterek "yeni savaş alanlarında" gerilla olarak savaşmak için ayrılmaya karar verdiğini belirtiyordu. Aynı zamanda hükümet, parti ve ordu içindeki tüm görevlerinden istifa ettiğini ve Küba vatandaşlığından, ki bu ona devrim için yaptıklarını takdir olarak verilmişti, vazgeçtiğini de duyuruyordu.

Dört yabancı gazeteciyle 1 Kasımda yaptığı görüşme sırasında Castro, Guevara'nın nerede olduğunu bildiğini ama açıklamayacağını belirterek, eski yoldaşının öldüğüne dair söylentileri reddetti ve Guevara'nın sağlığının çok iyi olduğunu ekledi. Castro'nun sözlerine rağmen 1965'in sonunda Guevara'nın akıbeti bir gizem olarak kaldı, hareketleri ve nerede olduğu iki yıl boyunca özenle saklanan bir sır oldu.