สมเด็จพระสังฆราช (สา ปุสฺสเทโว) ประชวรด้วยพระโรคบิดมาตั้งแต่วันที่ 30 ธันวาคม แพทย์หลวงและแพทย์เชลยศักดิ์ต่างจัดพระโอสถถวาย แต่พระอาการไม่ทุเลา จนสิ้นพระชนม์เมื่อวันพฤหัสบดีที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2442 (นับแบบปัจจุบันตรงกับ พ.ศ. 2443) เวลาเย็นวันต่อมา พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จฯ จากพระราชวังบางปะอินมายังวัดราชประดิษฐฯ พระองค์ พระบรมวงศานุวงศ์ และข้าราชการ ร่วมสรงน้ำพระศพ แล้วอัญเชิญพระศพลงในพระลองในประกอบโกศกุดั่นน้อย ทรงสดับปกณณ์แล้วเสด็จกลับ[8]

พระศพตั้งบำเพ็ญกุศลจนถึงวันที่ 6 มกราคม พ.ศ. 2443 (นับแบบปัจจุบันตรงกับ พ.ศ. 2444) จึงอัญเชิญพระบุพโพไปพระราชทานเพลิง ณ วัดบวรนิเวศวิหาร พร้อมกับพระบุพโพสมเด็จพระมหาสมณเจ้า กรมพระยาปวเรศวริยาลงกรณ์[9] ต่อมาวันที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2443 จึงแห่พระศพไปประดิษฐานยังพระเมรุมณฑป ณ ท้องสนามหลวง แล้วพระราชทานเพลิงพระศพในวันที่ 13 กุมภาพันธ์ ศกนั้น เช้าวันที่ 14 กุมภาพันธ์ จึงเสด็จฯ มาเก็บพระอัฐิและพระอังคารแล้วโปรดให้อัญเชิญไปประดิษฐานยังวัดราชประดิษฐฯ[10]

หลังจากสมเด็จพระสังฆราช (สา ปุสฺสเทโว) สิ้นพระชนม์ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวก็มิได้ทรงสถาปนาพระเถระรูปใดเป็นสมเด็จพระสังฆราชอีกเลยตลอดรัชสมัย เป็นเวลาถึง 11 ปี