วันอังคารที่ 22 พฤษภาคม พ.ศ. 2527 ในตอนเช้ายังทรงพระสำราญเป็นปกติ ต่อมาทรงมีพระอาการปวดพระนาภีเล็กน้อย แพทย์ได้ถวายการตรวจรักษาและลงความเห็นว่า ถุงน้ำดีอักเสบ จึงถวายพระโอสถบำบัดพระอาการ จากนั้นเข้าที่บรรทม เมื่อตื่นบรรทมในตอนบ่ายก็มีพระอาการประชวรเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและเสด็จสวรรคตด้วยพระหทัยวาย (หัวใจวาย) โดยพระอาการสงบ เมื่อเวลา 15.50 น. ณ พระตำหนักวังศุโขทัย สิริรวมพระชนมายุ 79 พรรษา 5 เดือน 1 วัน[3]

ในวันเดียวกันนั้น สำนักพระราชวังได้ออกประกาศการเสด็จสวรรคตให้ประชาชนชาวไทยทราบ ดังความต่อไปนี้

สำนักพระราชวัง รับสนองพระบรมราชโองการเหนือเกล้าฯ ให้ประกาศว่า

สมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี พระบรมราชินี ในรัชกาลที่ ๗ ประชวรสวรรคตด้วยพระหทัยวาย โดยพระอาการสงบ วันที่ ๒๒ พฤษภาคม ๒๕๒๗ เวลา ๑๕ นาฬิกา ๕๐ นาที ณ พระตำหนักวังศุโขทัย พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงเศร้าสลดพระราชหฤทัยเป็นอย่างยิ่ง และทรงอาลัยระลึกถึงพระคุณูปการที่ทรงมีพระจริยาวัตรตั้งอยู่ในสัจธรรมและขันติธรรมอย่างมั่นคง เป็นที่เคารพสักการะอย่างยิ่งของพระองค์ ตลอดจนพระบรมวงศานุวงศ์ทั้งปวง จึงมีพระบรมราชโองการโปรดเกล้าฯ ให้สำนักพระราชวังจัดการพระบรมศพ ถวายพระเกียรติยศตามราชประเพณี ประดิษฐานพระบรมศพ ณ พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาท ในพระบรมมหาราชวัง

อนึ่ง ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระบรมวงศานุวงศ์ และข้าทูลละอองธุลีพระบาทในราชสำนักไว้ทุกข์ถวายมีกำหนด ๑๐๐ วัน ตั้งแต่วันเสด็จสวรรคตเป็นต้นไป

— สำนักพระราชวัง วันที่ ๒๒ พฤษภาคม ๒๕๒๗ [4]

เชิญพระบรมศพไปยังพระบรมมหาราชวัง

วันพุธที่ 23 พฤษภาคม พ.ศ. 2527 เวลาบ่าย พระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี (พระนามาภิไธยในเวลานั้น) เสด็จพระราชดำเนินจากพระที่นั่งบรมพิมาน ในพระบรมมหาราชวัง ไปยังพระตำหนักวังศุโขทัย เพื่อทรงอำนวยการเชิญพระบรมศพเป็นการภายใน ไปยังพระที่นั่งพิมานรัตยา ในพระบรมมหาราชวัง เพื่อประกอบพระราชพิธีสรงน้ำพระบรมศพตามราชประเพณี

เวลา 13.30 นาที ก่อนเชิญพระบรมศพ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินขึ้นถวายน้ำพระสุคนธ์สรงพระบรมศพเป็นการภายใน เสร็จแล้วแพทย์หลวงจึงได้เชิญพระบรมศพโดยรถพยาบาล มีราชองครักษ์ พยาบาล พร้อมด้วยพระญาติผู้ใกล้ชิดติดตามในรถพยาบาล รถเชิญพระบรมศพเคลื่อนออกจากวังศุโขทัยเมื่อเวลา 13.45 น. สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ประทับรถยนต์พระที่นั่งตามรถเชิญพระบรมศพ และรถยนต์ของข้าราชบริพารร่วมในกระบวนเสด็จด้วย

ขบวนรถเชิญพระบรมศพออกจากวังศุโขทัยไปตามถนนสามเสน แล้วเลี้ยวซ้ายเข้าถนนศรีอยุธยา เมื่อถึงลานพระบรมรูปทรงม้าเลี้ยวขวาเข้าถนนราชดำเนินนอก ผ่านถนนราชดำเนินกลาง ถนนราชดำเนินใน แล้วเลี้ยวขวาไปตามถนนหน้าพระลาน โดยมีประชาชนเฝ้าฯ ถวายสักการะพระบรมศพอยู่ตลอดเส้นทาง ขบวนรถเชิญพระบรมศพเคลื่อนเข้าสู่พระบรมมหาราชวังทางประตูเทวาภิรมย์ด้านถนนมหาราช ผ่านประตูศรีสุนทรไปเข้าประตูพรหมโสภา ซึ่งเป็นประตูเข้าพระราชฐานฝ่ายในระหว่างพระที่นั่งจักรีมหาปราสาทมุขตะวันตกกับพระที่นั่งราชกรัณยสภา รถพยาบาลมาถึง เทียบรถเชิญพระบรมศพที่ลานข้างพระที่นั่งพิมานรัตยา อันเป็นสถานที่ถวายน้ำสรงพระบรมศพ ตามพระราชอิสริยยศ[3]