Tháng Sáu (âm lịch) năm Canh Tý (1300), Trần Hưng Đạo ốm nặng. Vua Trần Anh Tông ngự tới nhà thăm, hỏi rằng: "Nếu có điều chẳng may, mà giặc phương Bắc lại sang xâm lược thì kế sách như thế nào?". Ông trả lời: "Ngày xưa Triệu Vũ Đế (tức Triệu Đà) dựng nước, vua nhà Hán cho quân đánh, nhân dân làm kế thanh dã (vườn không nhà trống), đại quân ra Khâm Châu, Liêm Châu đánh vào Trường Sa, Hồ Nam, còn đoản binh thì đánh úp phía sau. Đó là một thời. Đời nhà Đinh, nhà Tiền Lê dùng người tài giỏi, đất phương nam mới mạnh mà phương bắc thì mệt mỏi suy yếu, trên dưới một dạ, lòng dân không lìa, xây thành Bình Lỗ mà phá được quân Tống. Đó lại là một thời. Vua nhà Lý mở nền, nhà Tống xâm phạm địa giới, dùng Lý Thường Kiệt đánh Khâm, Liêm, đến tận Mai Lĩnh là vì có thế. Vừa rồi Toa Đô, Ô Mã Nhi bốn mặt bao vây. Vì vua tôi đồng tâm, anh em hòa mục, cả nước góp sức, giặc phải bị bắt. Đó là trời xui nên vậy. Đại khái, nó cậy trường trận, ta dựa vào đoản binh. Dùng đoản binh chế trường trận là sự thường của binh pháp. Nếu chỉ thấy quân nó kéo đến như lửa, như gió thì thế dễ chế ngự. Nếu nó tiến chậm như các tằm ăn, không cầu thắng chóng, thì phải chọn dùng tướng giỏi, xem xét quyền biến, như đánh cờ vậy, tùy thời tạo thế, có được đội quân một lòng như cha con thì mới dùng được. Vả lại, khoan thư sức dân để làm kế sâu rễ bền gốc, đó là thượng sách giữ nước vậy".[27]

Chữa mãi không khỏi bệnh, ông mất vì tuổi già vào ngày 20 tháng Tám âm lịch năm ấy (5 tháng 9 năm 1300).

Khi sắp mất, Trần Hưng Đạo vương dặn các con rằng: "Ta chết thì phải hỏa táng, lấy vật tròn đựng xương, bí mật chôn trong vườn An Lạc, rồi san đất và trồng cây như cũ, để người đời không biết chỗ nào, lại phải làm sao cho mau mục".[28]

Nghe tin Trần Hưng Đạo vương mất, triều đình Đại Việt phong tặng ông là "Thái sư Thượng Phụ Thượng Quốc công Nhân Vũ Hưng Đạo Đại Vương". Ông được nhân dân cả nước tôn vinh là "Đức Thánh Trần" và lập đền thờ ở nhiều nơi, song nổi tiếng hơn cả là Đền Kiếp Bạc ở xã Hưng Đạo (Chí Linh, Hải Dương). Đây là nơi ông lập căn cứ, tích trữ lương thực, huấn luyện quân sĩ trong các cuộc kháng chiến chống quân Nguyên Mông.