สมเด็จพระมหาวีรวงศ์ (วิน ธมฺมสาโร) มรณภาพอย่างสงบด้วยโรคชรา ณ โรงพยาบาลศิริราช เมื่อวันเสาร์ที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2536 เวลา 00:10 น. สิริอายุ 87 ปี พรรษา 65[1] ตั้งศพบำเพ็ญกุศลที่วัดราชผาติการาม พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวพระราชทานโกศมณฑปประกอบศพ และรับศพอยู่ในพระบรมราชานุเคราะห์โดยตลอด มีการพระราชทานเพลิงศพ ณ เมรุหลวงหน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์ วัดเทพศิรินทราวาส เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม พ.ศ. 2536