Việc ông Thanh không xuất hiện trong các sự kiện chính trị quan trọng của Việt Nam trong một thời gian đã dẫn tới những đồn đoán về tình trạng của ông. Ông không tham dự cuộc họp Chính phủ thường kỳ tháng 6 ngày 29 tháng 6 năm 2015 và Đại hội thi đua quyết thắng toàn quân lần thứ IX khai mạc sáng ngày 1 tháng 7 năm 2015 tại Hà Nội.[12]

Ngày 1 tháng 7 năm 2015, báo Tuổi Trẻ đăng bài viết cho biết theo thông tin từ Ban Bảo vệ và Chăm sóc Sức khỏe Trung ương ông Thanh đã sang Pháp chữa bệnh cách đây một tuần. Tại Pháp, ông Thanh được phẫu thuật vào tối ngày 30 tháng 6 năm 2015. Theo nguồn tin của báo Tuổi Trẻ chấn thương vùng ngực từ thời chiến đã khiến phổi của ông Thanh bị xơ hoá một phần. Khoảng hai tháng trước ông Thanh bị "ho nặng". Kết quả sinh thiết không cho thấy ông Thanh bị ung thư nhưng "ho nặng" và xơ hoá phổi có thể là dấu hiệu của bệnh ung thư phổi.[12][13]

Sáng ngày 2 tháng 7 năm 2015, Trưởng ban Bảo vệ và Chăm sóc Sức khỏe Trung ương Nguyễn Quốc Triệu cho phóng viên báo Người Lao động biết ông Thanh bị u phổi, khối u của ông Thanh là khối u lành tính.[12][14]

Cũng trong ngày 2 tháng 7 Phạm Gia Khải, thành viên Ban Bảo vệ và Chăm sóc Sức khỏe Trung ương, nói với phóng viên báo Infonet rằng ông Thanh đang điều trị bệnh ở Paris (Pháp), ông Thanh sang Pháp từ hôm 24 tháng 6 năm 2015. Theo ông Khải thì trước khi ông Thanh sang Pháp "chúng tôi có hội chẩn kiểm tra sức khỏe 3-4 lần và phát hiện một vết sẹo trong phổi. Vết sẹo này là do vết thương hồi chiến tranh chống Mỹ, khi đó ông Thanh bị tai nạn ô tô và đập ngực vào vô lăng xe ô tô". Ông nói "Trước khi sang Pháp chữa bệnh, Đại tướng Phùng Quang Thanh đã được chúng tôi kiểm tra sức khỏe nhiều lần, nhưng không thấy dấu hiệu gì đặc biệt, không áp xe, không ung thư. Nhưng cách đây khoảng 2 tháng, ông Thanh bị ho ra máu, mỗi ngày một ít. Chúng tôi đã cho sinh thiết ở phế quản, tương ứng nơi ra máu nhưng không phát hiện được dấu hiệu gì. Sau đó, ông Thanh được Đại sứ quán Pháp giới thiệu sang Pháp chữa trị". Ông Khải cho phóng viên biết là theo thông tin ông nhận được từ ông Nguyễn Quốc Triệu, Trưởng ban Bảo vệ và Chăm sóc Sức khỏe Trung ương, thì sau phẫu thuật "Sức khỏe của ông Thanh hoàn toàn ổn định, không có diễn biến xấu và tới đây sẽ về Việt Nam".[15]

Ngày 6 tháng 7 năm 2015, thanh tra Bộ Thông tin và Truyền thông Việt Nam ban hành quyết định số 60/QĐ-XPVPHC xử phạt báo Đời sống và Pháp luật 30 triệu đồng vì trang web doisongphapluat.com của báo này đã đăng bài viết "Tiểu sử Bộ trưởng Bộ Quốc phòng Phùng Quang Thanh" với nội dung là tiểu sử của ông Thanh. Bài viết này bị cho là "vi phạm điều 64 Nghị định số 174/2013/NĐ-CP ngày 13 tháng 11 năm 2013 Quy định xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực bưu chính, viễn thông, công nghệ thông tin và tần số vô tuyến điện (gọi tắt là Nghị định 174) của Chính phủ Việt Nam".[16][17][18] Hiện bài viết "Tiểu sử Bộ trưởng Bộ Quốc phòng Phùng Quang Thanh" trên trang doisongphapluat đã bị xoá. Theo BBC Tiếng Việt, bài viết về tiểu sử ông Thanh được đăng vào lúc đang có những đồn đoán về sức khoẻ của ông Thanh có thể khiến một số độc giả nghĩ rằng ông Thanh đã qua đời.[16]

Ngày 20/7/2015, theo nguồn tin DPA lấy từ một nguồn tin khuyết danh trong bệnh viện[19], ông Phùng Quang Thanh qua đời vào ngày 19 tháng 7 năm 2015 tại một bệnh viện ở Pháp khi đang chữa trị căn bệnh ung thư phổi. Nhưng ngày 20 tháng 7, Trung tướng Võ Văn Tuấn, Phó Tổng tham mưu trưởng Quân đội Nhân dân Việt Nam đã bác bỏ thông tin của Thông tấn xã Đức (DPA) dẫn tin xấu về sức khỏe của ông Thanh vì đã "lấy từ một nguồn tin quân đội không có thẩm quyền phát ngôn"[20][21]. Ông Tuấn cho biết "sức khỏe của Bộ trưởng Phùng Quang Thanh đang ổn định, dự kiến cuối tháng sẽ trở về nước".[22] Nửa ngày sau, DPA đã gỡ bài báo trên khỏi trang web và tới ngày 25/7, DPA đã chính thức gửi thư xin lỗi về thông tin sai lệch liên quan tình trạng sức khoẻ của ông Phùng Quang Thanh[23].

Ngày 25/7/2015 các báo loan tin ông Thanh đã về và được đưa về nhà riêng tại Vĩnh Phúc, Bà Đình, Hà Nội.[24] Tuy nhiên, vẫn có dư luận hoài nghi ông đã về thực sự chưa.[25]

Ngày 27/7/2015, ông vắng mặt trong lễ dâng hương tưởng niệm anh hùng liệt sĩ và viếng lăng Hồ Chủ tịch.[25] Tuy nhiên đến tối cùng ngày, ông chính thức xuất hiện tại hội trường Bộ Quốc phòng để tham dự Chương trình giao lưu nghệ thuật "Khát vọng đoàn tụ", nhằm tri ân các anh hùng liệt sĩ, thương binh, bệnh binh, các gia đình có công với cách mạng [26].