Neoplasias gástricas são incomuns em cães e representam menos de 1% de todos os tumores diagnosticados nesta espécie. Em um levantamento de tumores gastrointestinais em cães, constatou-se que 90% das neoplasias malignas ocorrem no estômago, sendo os tumores epiteliais mais frequentes do que os de origem mesenquimal. O diagnóstico de neoplasias gástricas é difícil e muitas vezes ocorre tardiamente, tornando o prognóstico desfavorável. Em tumores mesenquimais do trato gastrointestinal, a análise imuno-histoquímica é essencial. Este estudo teve como objetivo relatar um caso de leiomiossarcoma gástrico em um cão com morte súbita. O animal foi encaminhado para necropsia no Serviço de Patologia Veterinária da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinária da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (FCAV – UNESP) e foram observados dois nódulos no cárdia, cada um com 2,0 cm de diâmetro, esbranquiçados, arredondados e firmes. O estômago apresentava um conteúdo alimentar sanguinolento, e em toda a extensão intestinal o conteúdo era enegrecido. A causa da morte foi choque hipovolêmico. No exame histopatológico, a massa correspondia a uma proliferação de células mesenquimais com leve atipia, cujo diagnóstico foi sugestivo de leiomiossarcoma gástrico. Um tumor estromal gastrointestinal (GIST) é o principal diagnóstico diferencial, então secções histológicas dos nódulos gástricos foram submetidas à análise imuno-histoquímica (IHC). As células neoplásicas foram positivas para S100, 1A4, Desmina e HHF35 e não expressaram DOG1, excluindo a origem das células tumorais de GIST. Este relato demonstra a importância do exame necroscópico para determinar a causa da morte e a técnica imuno-histoquímica para confirmar o diagnóstico de neoplasias mesenquimais.