พลตรี หม่อมทวีวงศ์ถวัลยศักดิ์ ถึงแก่อสัญกรรมเมื่อวันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2513 สิริรวมอายุได้ 69 ปี พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้รับการศพไว้ในพระบรมราชานุเคราะห์โดยตลอด และได้ทรงบำเพ็ญพระราชกุศลพระราชทานหลายครั้ง ในวันอังคารที่ 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2514 เวลา 17.00 น. ได้เสด็จพระราชดำเนินพระราชทานเพลิงศพ ณ เมรุหลวงหน้าพลับพลาอิศริยาภรณ์ วัดเทพศิรินทราวาส [24]