หลวงปู่ท่านมรณภาพลงด้วยอาการสงบ เมื่อวันที่ 30 ตุลาคม พ.ศ. 2526 เวลา 04.13 น. รวมสิริอายุได้ 96 ปี 26 วัน พรรษาที่ 74ทรงรับศพไว้ในพระบรมราชานุเคราะห์ พระราชทานพวงมาลา,น้ำหลวงสรงศพ,พระพิธีธรรม,โกศโถ ฉัตรเบญจา 5ชั้นตั้งประดับ,ปี่ไฉนกลองชนะประโคมเวลาน้ำหลวงสรงศพ และเวลาพระราชทานเพลิงศพ

และเมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม พ.ศ. 2528 เสด็จพระราชดำเนินพระราชทานเพลิงศพ หลวงปู่ดูลย์ อตุโล พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว และสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์พระที่นั่ง พร้อมด้วยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี จากพระตำหนักจิตรลดารโหฐาน พระราชวังดุสิต ไปยังท่าอากาศยานดอนเมือง เพื่อประทับเครื่องบินพระที่นั่งเสด็จพระราชดำเนินไปในการพระราชทานเพลิงศพ พระราชวุฒาจารย์ (ดูลย์ อตุโล) อดีตเจ้าอาวาสวัดบูรพาราม ณ เมรุชั่วคราววนอุทยานแห่งชาติพนมสวาย ตำบลนาบัว อำเภอเมืองสุรินทร์ จังหวัดสุรินทร์ เมื่อได้เวลาอันสมควรแล้ว พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินขึ้นเมรุทรงทอดผ้าไตรที่โกศแล้วจุดเพลิงพระราชทาน หลังจากนั้นสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี ทรงจุดเพลิงพระราชทานเพลิงศพแล้วเสด็จลงจากเมรุ ประทับ ณ มุขพลับพลาพิธี สมควรแก่เวลาจึงเสด็จพระราชดำเนินกลับ