Penampilan terakhir Mao di depan umum dan foto terakhir dirinya yang diketahui masih hidup adalah pada 27 Mei 1976, ketika dia (dalam kondisi lemah dan nyaris tidak dapat berbicara atau berjalan) bertemu dengan Perdana Menteri Pakistan Zulfikar Ali Bhutto yang berkunjung ke Beijing.[2]
Pada 2 September 1976, sekitar pukul 17.00, Mao menderita serangan jantung, jauh lebih parah daripada dua serangan jantung sebelumnya pada awal tahun yang memengaruhi area jantung yang jauh lebih luas. Tiga hari kemudian pada 5 September, serangan jantung lain membuatnya terbaring di tempat tidur. Pada sore hari 7 September, kondisi Mao benar-benar memburuk. Organ Mao gagal berfungsi dan dia koma sesaat sebelum tengah hari sehingga harus dipasangi ventilator dan mesin pendukung kehidupan. Pada 8 September, dengan kondisi Mao yang masih koma dan tidak bisa pulih, pejabat pemerintah Tiongkok memutuskan untuk melepaskan mesin pendukung hidupnya pada tengah malam.
Setelah mesin pendukung kehidupan dimatikan tepat pada pukul 00:00, Mao Zedong dinyatakan meninggal dunia sepuluh menit kemudian pada pukul 00:10 waktu setempat, 9 September 1976 pada usia 82 tahun. Partai Komunis Tiongkok menunda pengumuman kematiannya pada hari itu hingga pukul 16:00 ketika berita radio mengumumkan meninggalnya Mao dan disiarkan ke seluruh negeri sambil menyerukan persatuan partai.[3]