Năm Thuận Trị thứ 18 (1661), ngày 7 tháng 1 (tức ngày 5 tháng 2 dương lịch), Thuận Trị Đế băng hà, do bệnh đậu mùa. Bấy giờ ông đau buồn quá độ sau cái chết của Đổng Ngạc hoàng quý phi nên sinh bệnh, khi qua đời ông chỉ vừa 22 tuổi. Có thuyết nói rằng, Thuận Trị Đế không hề qua đời mà chỉ bỏ trốn khỏi kinh thành, bỏ đi tu, lấy pháp hiệu là Hành Trí hòa thượng, không quan tâm đến cuộc sống trần thế vinh hoa phú quý nữa.

Sau khi Thuận Trị Đế băng hà, con ông là Tam hoàng tử Huyền Diệp kế vị, tức là Thanh Thánh Tổ Khang Hi Hoàng đế. Ông được truy thụy hiệu là Thể Thiên Long Vận Đỉnh Thống Kiến Cực Anh Duệ Khâm Văn Hiến Vũ Đại Đức Hoằng Cung Chí Nhân Sơ Hiếu Chương Hoàng đế (體天隆運定統建極英睿欽文顯武大德弘功至仁純孝章皇帝), miếu hiệu là Thế Tổ (世祖), an táng tại Hiếu Lăng (孝陵) thuộc Thanh Đông Lăng, Tuân Hóa.