Sau khi có dấu hiệu không khỏe và sốt nhẹ vào ngày 23 tháng 6 năm 2015, ông được bác sĩ đến khám tại nhà và được thông báo bị thiếu máu, được nhập viện vào sáng thứ 26 tháng 6 trong tình trạng còn khỏe và tỉnh táo. Sau 2 ngày nhập viện, ông bị hôn mê sâu và qua đời vào lúc 10 giờ 15 phút sáng ngày 29 tháng 6 tại [[bệnh viện Thống Nhất]] ([[Thành phố Hồ Chí Minh]]) vì [[sốt xuất huyết]]. Linh cữu của nhạc sĩ được quàn tại Nhà tang lễ Bộ Quốc phòng, Thành phố Hồ Chí Minh.<ref name="mất-TN"/><ref name="mất-TT"/> và lúc 4h30 sáng 10 tháng 7, gia đình, người thân, bạn bè, văn nghệ sỹ... đã rải tro cốt đưa hương linh nhạc sỹ [[Phan Huỳnh Điểu]] - nhạc sỹ tài hoa quê hương xứ [[Quảng Đà]] về với [[sông Hàn]] ([[Đà Nẵng]]) theo di nguyện của cố nhạc sỹ.<ref>{{Chú thích web|url = http://dantri.com.vn/van-hoa/huong-linh-nhac-sy-phan-huynh-dieu-da-ve-voi-song-han-1096798.htm|title = Hương linh nhạc sỹ Phan Huỳnh Điểu đã về với sông Hàn}}</ref>
=== Tưởng niệm ===
Tối ngày 7 tháng 7 năm 2015, đêm nhạc tri ân, tưởng nhớ hai nhạc sĩ [[Phan Huỳnh Điểu]] và nhạc sĩ [[Phan Nhân]] do [[Báo Công an TP.HCM]] phối hợp với [[Ngân hàng BIDV]] và [[Nhạc viện TPHCM]] tổ chức đã diễn ra trong không khí hết sức ấm áp. Chương trình mở màn với nét viết hiện trên màn hình: “29-“ngày 29 tháng 6- năm 2015” (ngày mất của hai nhạc sĩ [[Phan Huỳnh Điểu]] và [[Phan Nhân]]), hình ảnh điện tâm đồ, những trang nhạc, bút ngừng viết…Người thân, đồng nghiệp, bạn bè, những người yêu mến hai nhạc sĩ gạo cội của nền âm nhạc Việt Nam đã được thưởng thức lại ca khúc bất hủ đi cùng năm tháng của hai nhạc sĩ qua những phần trình bày hết sức tuyệt vời của các nghệ sĩ tham gia chương trình.<ref>{{Chú thích web|url = http://congan.com.vn/the-thao-van-hoa/van-hoa/thuong-thuc-dem-nhac-tuong-nho-hai-cay-dai-thu-am-nhac-viet-nam-qua-anh_3759.html|title = Thưởng thức đêm nhạc tưởng nhớ hai "cây đại thụ âm nhạc" Việt Nam qua ảnh}}</ref>
