หลวงปู่ท่านมรณภาพลงด้วยอาการสงบ เมื่อวันที่ 30 ตุลาคม พ.ศ. 2526 เวลา 04.13 น. รวมสิริอายุได้ 96 ปี 26 วัน พรรษาที่ 74

และเมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม 2528 เสด็จพระราชดำเนินพระราชทานเพลิงศพหลวงปู่ดูลย์ อตุโล พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์พระที่นั่ง พร้อมด้วยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี จากพระตำหนักจิตรลดารโหฐาน พระราชวังดุสิต ไปยังท่าอากาศยานดอนเมือง เพื่อประทับเครื่องบินพระที่นั่งเสด็จพระราชดำเนินไปในการพระราชทานเพลิงศพพระราชวุฒาจารย์ (ดูลย์ อตุโล) อดีตเจ้าอาวาสวัดบูรพาราม ณ บริเวณวนอุทยานแห่งชาติพนมสวาย ตำบลนาบัว อำเภอเมืองสุรินทร์ จังหวัดสุรินทร์ เมื่อได้เวลาอันสมควรแล้ว พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวและสมเด็จพระนางเจ้าฯ พระบรมราชินีนาถ เสด็จพระราชดำเนินขึ้นเมรุทรงทอดผ้าไตรที่โกศแล้วจุดเพลิงพระราชทาน หลังจากนั้นสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี ทรงจุดไฟพระราชทานเพลิงศพแล้วเสด็จลงจากเมรุ ประทับ ณ มุขพลับพลาพิธี สมควรแก่เวลาจึงเสด็จพระราชดำเนินกลับ