พระธรรมไตรโลกาจารย์ (เดช ฐานจาโร) อาพาธเป็นโรคริดสีดวง มีโลหิตออกมาก อาการเรื้อรังอยู่นาน แพทย์หลายคนแม้แต่แพทย์หลวง เช่น หม่อมเจ้าภูลสวัสดิ์ ทินกร มารักษาก็ไม่หาย จนวันที่ 14 มกราคม ร.ศ. 113 เริ่มมีอาการหอบมาก และถึงแก่มรณภาพเมื่อเวลา 3 โมงเช้าวันนั้น[3][10] (นับแบบปัจจุบันตรงกับ พ.ศ. 2438) พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระอาลัยเสียดายเป็นอย่างมาก โปรดให้พระราชทานโกศเหลี่ยมราชนิกูลเป็นเกียรติยศเป็นกรณีพิเศษ[3]

วันที่ 28 เมษายน ร.ศ. 114 เวลาค่ำ โปรดให้พระเจ้าน้องยาเธอ กรมหมื่นพรหมวรานุรักษ์ เสด็จพระราชดำเนินแทนพระองค์ไปในการพระราชทานเพลิงศพพระธรรมไตรโลกาจารย์ ณ เมรุหลังพลับพลาอิศริยาภรณ์[11]