بعارض للقلب عام 1953 م، فترجح سكناه في داره بكربلاء قرب التل الزينبي تخفيفا عن أعباء المرجعية، فسكن هناك فترة يعتد بها، وزرته بخدمة سيدي الوالد الشيخ علي الصغير رحمه الله (ت 1395 ه‍ - 1975) واستدعي له الدكتور محمود الجليلي اختصاصي أمراض القلب فنهاه عن التدخين والكلام، فأخرج السيد علبة الدخان، وطرحها جانبا على الفور، فكان هذا آخر عهده بالتدخين حتى وفاته في ربيع الثاني 1390 ه‍ = 1 / 6 / 1970 م، والطريف أن استفسر الطبيب عن بعض حالاته منه، فما أجابه، لأنه منعه عن الكلام، فقال الدكتور الجليلي:
أطال الله عمر السيد، هو ممنوع عن الكلام مع الناس، وليتحدث مع الأطباء لنشخص الحالة.
وقد توفي السيد الحكيم في مستشفى ابن سينا ببغداد، ونقل جثمانه إلى النجف ومعه عشرات الآلاف من السيارات، ودفن بمقبرته التي أعدها لنفسه وأبنائه بجوار مسجد الهندي في الطابق الأرضي من مكتبته العامة، وقد أرخت عام وفاته لترقم على ضريحه بالقاشاني، ولكنها عند المباشرة في العمل فقدت من قبل أحد أبنائه، وأنا خارج العراق، فاستبدلت بغيرها، والأبيات مع التاريخ هي:
قضى الحكيم محسنا فاستقبلت * منه الجنان العلم المجددا (1)