Từ lâu, Brezhnev đã phải vật lộn với nhiều căn bệnh như xơ vữa động mạch, bệnh máu trắng, ung thư hàm, phổi tắc nghẽn mãn tính và gút.[1][2][3] Đã có tin đồn về cái chết của Brezhnev kể từ giữa những năm 1970. Ông nhiều lần bỏ lỡ trong các hội nghị quan trọng và các cuộc họp ngoại giao, làm nảy sinh nhiều tin đồn rằng sức khỏe của ông đang giảm sút.[3] Brezhnev hiếm khi xuất hiện trước công chúng trong hầu hết năm 1982 và thường được bao quanh bởi các bác sĩ, mặc dù Chính phủ Liên Xô khẳng định rằng ông không bị bệnh. Ba ngày trước khi qua đời, tức là vào ngày 7 tháng 11, Brezhnev vẫn tham dự cuộc duyệt binh kỷ niệm 65 năm Cách mạng Tháng Mười, lần xuất hiện cuối cùng trước công chúng của Brezhnev trước khi qua đời.[4][5] Khi đó, ông vẫn còn khá khỏe, đứng suốt hai tiếng đồng hồ trong nhiệt độ lạnh cóng tổng duyệt.[6] Ông từ trần vào ngày 10 tháng 11 năm 1982 sau một cơn đau tim.[7] Ông được tổ chức tang lễ cấp nhà nước tại Thủ đô Bức tường Điện Kremlin trên Quảng trường Đỏ sau 5 ngày quốc tang.[4]

Từ 7:15 tối ngày 10 tháng 11 năm 1982, theo giờ Moskva, các chương trình truyền hình thông thường bị thay đổi và một buổi hòa nhạc đã được thay thế bằng một bộ phim tài liệu về Vladimir Ilyich Lenin, gợi ý về cái chết của Brezhnev.[8][5] Trong chương trình thời sự Vremya của đài truyền hình nhà nước Liên Xô, lễ phục thường ngày của người dẫn chương trình được thay bằng quần áo tang.[8] Lúc đầu, người dân Liên Xô tin rằng Andrei Pavlovich Kirilenko đã chết, do ông đã không có mặt tại lễ kỷ niệm 65 năm Cách mạng Tháng Mười vài ngày trước đó (ông mất năm 1990). Những thay đổi khác bao gồm phát sóng một chương trình ký ức chiến tranh không theo lịch trình và việc thay thế một trận khúc côn cầu trên băng bằng bản giao hưởng Pathétique của Tchaikovsky. Cái chết của Brezhnev cuối cùng đã được đài phát thanh và truyền hình Liên Xô công bố vào ngày 11 tháng 11.[8] Thông báo trên truyền hình được phát đi bởi Igor Leonidovich Kirilov lúc 11 giờ sáng giờ Moskva.[9]

Các nhà bình luận phương Tây đã suy đoán về cái chết của Brezhnev khi ông không gửi thông điệp chúc mừng José Eduardo dos Santos, Tổng thống Angola, nhân Ngày Độc lập Angola.[4] Đây là một sự vi phạm nghi thức ngoại giao, và bởi Brezhnev trước đó đã luôn gửi thư chúc mừng cho các đồng minh của Liên Xô, nên việc này được coi là đáng ngờ.[4] Sự chậm trễ trong việc tuyên bố cái chết của Brezhnev được nhiều người cho rằng là do cuộc tranh giành quyền lực đang diễn ra trong giới lãnh đạo Liên Xô.[6][4] Hai ứng cử viên sáng giá nhất kế nhiệm ông là Konstantin Ustinovich Chernenko và Yuri Vladimirovich Andropov.[5]