Tháng 1 năm 1954, Giáo hoàng Piô XII ngã bệnh nặng. Vì không được chăm sóc tốt nên ông bị gầy đi rất nhiều sau khi thoát khỏi cơn nguy cấp này. Ông qua đời ngày 9 tháng 10 năm 1958 tại Castel Gandolfo nơi nghỉ mùa hè của các Giáo hoàng. Ông đã trị vì Giáo hội được 19 năm.

Hồng y Angelo Giuseppe Roncalli trở thành Giáo hoàng Gioan XXIII, vị Giáo hoàng thứ 261 trong lịch sử Giáo hội Công giáo Rôma.