آیت‌الله العظمی بروجردی در 10 فروردین 1340 (شوال 1380 قمری) در سن 86 سالگی بر اثر بیماری قلبی درگذشت. پیکرش را در حرم فاطمه معصومه در قم به خاک سپردند.
به دنبال تصمیم محمدرضا پهلوی برای برگزاری مراسم تشییع پیکر پدرش (رضا خان)، سه نفر از طرف وی - قائم مقام رفیع، صدرالاشراف و تولیت قم- نزد آیت الله بروجردی آمدند تا رضایت ایشان را برای اقامه نماز بر پیکر رضاخان جلب کنند.