Do nghiện thuốc lá và chịu nhiều áp lực trong chiến tranh, sức khỏe nhà vua suy giảm rõ rệt vào cuối thập niên 1940 – đầu thập niên 1950.[92][93][94] Ông mắc nhiều căn bệnh như ung thu phổi, xơ vữa động mạch và thuyên tắc mạch máu. Bắt đầu từ năm 1949, ông bị tắc động mạch ở chân phải, dẫn đến nguy cơ phải cắt bỏ chân phải ông (may mắn là việc này đã không xảy ra).[95] Tháng 3 năm 1949, ông được phẫu thuật cắt đoạn dây thần kinh giao cảm lưng tại điện Buckingham. Ca phẫu thuật này được giáo sư James Learmonth tiến hành với sự hỗ trợ của giáo sư Paterson Ross, và kéo dài khoảng nửa tiếng đồng hồ. Sau lần này, nhà vua đủ hồi phục để chủ trì cuộc họp Hội đồng Cơ mật ngày 29 tháng 3 năm 1949. Tuy nhiên, giáo sư Learmonth khuyên nhà vua nên giảm nhịp độ sống vì nếu thuyên tắc mạch máu tái phát sẽ rất khó chữa trị. Nhà vua lui về điền trang Sandringham và sống khép kín hơn. Trong khi đó, Vương nữ trưởng Elizabeth, người thừa kế ngai vàng, và phu quân Philip, Công tước xứ Edinburg xuất hiện nhiều hơn trong các sự kiện công chúng, cũng như các chuyến công du nước ngoài (Hoa Kỳ, Canada, Đông Phi,...).[96][97]

Ngày 3 tháng 5 năm 1951, nhà vua đứng ra khai mạc Đại hội Anh (Festival of Britain), một nỗ lực nhằm khẳng định sự phục hưng và trường tồn của nước Anh sau chiến tranh.[98] Cuối tháng 5 năm này, ông lại bị bệnh nặng, một đội ngũ giỏi gồm Horace Evans, Daniel Davies, John Weir và Geoffrey Marshall đến khám cho vua, họ phát hiện một khối u tác tính ở phổi bên trái của vua. Ngày 23 tháng 9 năm 1951, phẫu thuật viên Clement Price Thomas làm phẫu thuật cắt bỏ phổi bên trái của nhà vua.[99] Nhà vua có hơi hồi sức, nhưng bị khản tiếng; do vậy, trong lễ khai mạc phiên họp quốc hội tháng 11 năm 1951, Đổng lý Văn phòng Gavin Simonds thay mặt vua đọc diễn văn từ ngai vàng (seech from the throne).[100] Năm 1951, đài phát thanh loan thông điệp Giáng sinh của nhà vua đi toàn quốc. Trên thực tế, bài phát biểu này được ghi âm trước theo từng phần nhỏ, rồi người ta chắp vá lại.[101]

Ngày 31 tháng 1 năm 1952, nhà vua không theo lời khuyên của những người thân tín, thân hành đi phi trường Luân Đôn[lower-alpha 2] để tạm biệt Vương nữ trưởng Elizabeth và phu quân Philip, hai người đang chuẩn bị công du Úc theo đường Kenya. Sau đó nhà vua về điền trang Sandringham; sáng ngày 6 tháng 2 năm 1952, các tôi tớ đánh thức George thì thấy nhà vua đã qua đời. Ông từ trần trong giấc ngủ do chứng huyết khối động mạch vành ở tuổi 56.[103] Vương nữ Elizabeth vội bay từ Kenya về Anh để nối ngôi, tức là Nữ vương Elizabeth II.

Từ ngày 9 tới ngày 11 tháng 2 năm 1952, quan tài vua George được đặt ở Nhà thờ St. Mary Magdalene, Sandringham, sau đưa về quàn ở sảnh điện Westminster.[104] Lễ tang ông được cử hành ở Nhà nguyện Thánh George, lâu đài Windsor vào ngày 15 tháng 2.[105] Thoạt đầu ông được táng ở hầm mộ hoàng gia, sau được rước về Nhà nguyện Tưởng niệm Vua George VI bên trong Nhà nguyện Thánh George vào ngày 26 tháng 3 năm 1969.[106] Năm 2002, 50 năm sau khi ông mất, di hài vợ góa ông, Vương hậu Elizabeth, và tro cốt con gái út ông, Vương nữ Margaret (hai người cùng từ trần năm này) được táng chung với ông trong nhà nguyện này.[107]