Все так и случилось по словам святого. 4 октября старец исповедовал своего ближайшего ученика Иосифа, вернувшегося затем в скит. Начались тяжкие предсмертные страдания старца. 8 октября ему прочитали отходную, однако на следующий день старец пришел в себя. Отец Иосиф причастил его Святых Таин. Прощаться со старцем приехал настоятель Оптиной пустыни отец Исаакий.

10 октября в 11 часов дня отец Феодор в последний раз прочитал канон Божией Матери на исход души и стал осенять крестом старца, лицо которого уже покрывалось мертвенной бледностью. «Дыхание становилось все короче и короче. Наконец он сильно потянул в себя воздух. Минуты через две это повторилось. Затем батюшка поднял правую ручку, сложив ее для крестного знамения, донес ее до лба, потом на грудь и на правое плечо и, донеся до левого, сильно стукнул об левое плечо, потому что это ему стоило страшного усилия; дыхание прекратилось. Потом он еще вздохнул в третий и в последний раз. Было ровно половина двенадцатого дня».

Приехавший в Шамордино епископ Виталий нашел преподобного уже в гробу. В церковь он вступил под пение «аллилуия», как и предсказывал старец.

Возник спор о том, где хоронить старца — в Оптиной или в Шамордино. Обратились в Синод, который принял решение: везти старца Амвросия в Оптину пустынь. Траурную процессию сопровождала более чем тысячная толпа. Останавливались в каждой деревне, бывшей по пути, и служили там литию (службу под открытым небом). По воспоминаниям современников, все это походило более на перенесение мощей, чем на похороны. Рассказывали также, что в тот день были сильный ветер и ливень, однако ни одна свеча не погасла.

13 октября в Казанском соборе Оптиной пустыни епископ Калужский Виталий совершил литургию с чином отпевания старца Амвросия. Погребен был преподобный у юго-восточной стороны Казанского собора, возле могилы его учителя старца Макария.

В те дни, да и позднее, были разговоры о том, что сразу после кончины от тела усопшего пошел тяжкий тлетворный дух (особенно в первый день, в последующие дни он пропал). Это смущало многих, а иные, и прежде осуждавшие старца и вообще старчество, хотели видеть здесь указание свыше на отсутствие святости преподобного. (Суть подобных суждений передают слова старца Ферапонта из романа Ф. М. Достоевского «Братья Карамазовы»; речь идет в романе о кончине старца Зосимы, прототипом которого был старец Амвросий.)

Вот что рассказывает известный духовный писатель Е. Н. Поселянин (Погожев), бывший духовным сыном старца Амвросия. «Когда на следующее утро я подходил к скиту, то встретил монахиню из образованного и высшего сословия, которая ходила за старцем, и сказал ей, как я уверен в его святости.