За три дня до преставления святого Димитрия, болезнь, давно уже таившаяся в его груди, обнаружилась с особенной силой в кашле. Несмотря на это, святитель старался казаться бодрым. В день своего тезоименитства, 26 октября, он сам совершил литургию в соборе, но поучения своего говорить уже не мог, и одного из своих певчих заставил прочитать его по тетрадке. За обеденным столом он сидел с гостями, хотя с крайнею нуждою. На другой день пришел навестить святителя Варлаам, архимандрит Данилова монастыря в Переславле. Во время их беседы к святителю прислала проживавшая тогда в Ростове инокиня Варсонофия, бывшая кормилица царевича Алексея Петровича, постриженная в монашество самим святым Димитрием. Она с глубоким благоговением относилась к архипастырю Ростовскому и часто просила от него душеполезных наставлений. Так и на этот раз Варсонофия усердно молила святителя посетить ее в тот же день. Святой Димитрий отправился к ней вместе с архимандритом Варлаамом. На обратном пути он уже едва мог дойти до своей келии, опираясь на служителей.

Тотчас он приказал позвать к себе певчих для пения им самим сочиненных духовных песней, как то: "Иисусе мой прелюбезный", "Надежду мою в бозе полагаю", "Ты мой Бог Иисусе, Ты моя радость". Пение это услаждало его душу словами, вылившимися из нее самой, и он слушал певчих, греясь подле печи.

По окончании пения, отпустив певчих, святитель удержал одного из них, Савву Яковлева, любимого им, усердного переписчика его сочинений. Святой Димитрий начал рассказывать ему о своей жизни, как он проводил ее в юности и в совершеннолетнем возрасте, как молился Богу и Пречистой Его Матери и всем угодникам, и сказал: "И вы, дети, молитесь так же".

Потом благословил певчего и, провожая его из келии, поклонился ему едва не до земли и благодарил его за усердие в переписке.

Видя, что архипастырь так смиренно и необычно провожает его и так ему низко кланяется, певчий содрогнулся и с благоговением сказал:

- Мне ли, владыка святой, последнейшему рабу твоему, ты так кланяешься?

На это святитель с тою же кротостью отвечал:

- Благодарю тебя, чадо!

Певчий горько заплакал и удалился. После этого святой Димитрий приказал служителям разойтись по своим местам, а сам заключился в особенную комнату, как бы желая отдохнуть, и наедине предался усердной молитве к Богу. Утром служители вошли в эту комнату и нашли святителя скончавшимся на коленях, в положении молящегося. Так молитва, услаждавшая жизнь святителя, сопровождала его и к смерти.

Честное тело почившего святителя было облечено в архиерейские одежды, им самим приготовленные 48 , и в тот же день перенесено в домовую церковь. Во гробе под голову и под все тело были постланы, по завещанию святого Димитрия, его черновые бумаги. Немедленно весть о преставлении святителя разнеслась по всему Ростову. К гробу его стеклось множество народа, искренно плакавшего о неоценимой потере своего возлюбленного пастыря и учителя. В тот же день прибыла в Ростов царица Параскева Феодоровна с дочерьми своими, царевнами Екатериною, Параскевою и Анной (будущей царицею) Иоанновнами. Не застав в живых святителя, какой сам то предсказывал, она много плакала, что не удостоилась принять от него благословение, и повелела отслужить соборно панихиду.