ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2468 สมเด็จพระราชินีอเล็กซานดรา พระบรมราชชนนีในสมเด็จพระเจ้าจอร์จที่ 5 แห่งอังกฤษ ซึ่งเป็นพระเชษฐภคินีที่ทรงสนิทสนมมากที่สุดเสด็จสู่สวรรคาลัย สิ่งนี้นับเป็นการสูญเสียครั้งสุดท้ายเกินกว่าจักรพรรดินีมารีเยีย ผู้ทรงพระชราจะทรงทนรับได้ แกรนด์ดยุกอเล็กซานเดอร์ มิคาอิโลวิชแห่งรัสเซีย ซึ่งเป็นพระชามาดา (ลูกเขย) ได้เขียนเกี่ยวกับบั้นปลายพระชนม์ชีพของจักรพรรดินีไว้ว่า "พระองค์ทรงพร้อมที่จะพบกับพระผู้สร้างแล้ว" จักรพรรดินีมารีเยียเสด็จสู่สวรรคาลัยในวันที่ 13 ตุลาคม พ.ศ. 2471 ณ พระตำหนักที่เคยทรงประทับร่วมกับสมเด็จพระบรมราชชนนีอเล็กซานดราแห่งอังกฤษ ซึ่งเป็นพระเชษฐภคินี ที่เมืองฮวิดอร์ ใกล้กับกรุงโคเปนเฮเกน สิริพระชนมายุ 81 พรรษา พระองค์เป็นจักรพรรดินีมเหสีในราชวงศ์โรมานอฟที่เสด็จสวรรคตเป็นคนสุดท้าย [14]

หลังจากการทำพิธีทางศาสนาในโบสถ์ออร์โธด็อกซ์รัสเซียอเล็กซานเดอร์เนฟสกี พระบรมศพของจักรพรรดินีได้รับการบรรจุฝังอยู่ในวิหารหลวงรอสคิลด์ อันเป็นสุสานหลวงของพระราชวงศ์เดนนิช ตามพระชาติกำเนิดที่ทรงพระราชสมภพเป็นเจ้าหญิงเดนนิช ในปี พ.ศ. 2548 สมเด็จพระราชินีนาถมาร์เกรเธอที่ 2 แห่งเดนมาร์กและประธานาธิบดีวลาดิมีร์ ปูตินแห่งรัสเซียและรัฐบาลของทั้งสองประเทศได้เห็นพ้องต้องกันว่าจะอัญเชิญพระบรมศพสมเด็จพระจักรพรรดินีคืนสู่กรุงเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กเพื่อให้สอดคล้องกับที่มีพระราชประสงค์จะได้รับการบรรจุฝังไว้เคียงข้างกับสมเด็จพระราชสวามี พิธีกรรมทางศาสนาจำนวนมาก เกิดขึ้นตั้งแต่วันที่ 23 ถึงวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2549 ในพระราชพิธีพระบรมศพ ซึ่งบุคคลสำคัญระดับสูงมาร่วมงานเป็นจำนวนมาก รวมทั้งเจ้าฟ้าชายมกุฎราชกุมารและเจ้าฟ้าหญิงมกุฎราชกุมารีแห่งเดนมาร์ก เจ้าชายและเจ้าหญิงไมเคิลแห่งเคนต์ เกิดเหตุการณ์วุ่นวายขึ้น โดยมีกลุ่มคนยืนรอบโลงพระศพแน่นขนัดมากเสียจนทำให้นักการทูตหนุ่มชาวเดนมาร์กคนหนึ่งตกลงไปในช่องที่เตรียมไว้สำหรับบรรจุฝังพระบรมศพก่อนจะมีการวางหีบพระบรมศพลงมา ในวันที่ 26 กันยายน พ.ศ. 2549 พระบรมรูปของจักรพรรดินีมารีเยียใกล้กับพระตำหนักเล็ก อันเป็นที่ประทับประจำของพระองค์ในพระราชวังปีเตอร์โฮฟได้เปิดสู่สาธารณชน หลังจากการทำพิธีทางศาสนาในมหาวิหารเซนต์ไอแซ็ก พระบรมศพได้รับการบรรจุอยู่เคียงข้าง จักรพรรดิอะเลคซันดร์ที่ 3 พระราชสวามี เมื่อวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2549 ณ ป้อมปีเตอร์และปอล อันเป็นสุสานหลวงที่ประดิษฐานพระบรมศพซาร์และซารินาแห่งรัสเซียทุกพระองค์ตั้งแต่ซาร์ปีเตอร์ที่ 1 มหาราชเป็นต้นมา รวมเป็นเวลา 140 ปีหลังจากการเสด็จมาประเทศรัสเซียเป็นครั้งแรกและเกือบ 78 ปีหลังจากการเสด็จสู่สวรรคาลัย