วันที่ 9 ธันวาคม 2509 อาจารย์เสถียร โพธินันทะได้กลับมาบ้านในเวลา 21.00 น. แล้วอาบน้ำชำระร่างกาย จากนั้นเมื่อเลยเที่ยงคืนไปแล้วจึงได้เข้านอน ถึงวันรุ่งขึ้นในเวลาเช้า เด็กรับใช้ขึ้นไปเรียกเห็นเงียบก็ลงมาบอก มารดาเข้าใจว่ายังหลับอยู่จึงออกไปซื้อของนอกบ้าน จนสายราว 8.00 น. กลับมาเห็นยังไม่ตื่นจึงได้ขึ้นไปดูเห็นอาการนอนนิ่ง เมื่อเข้าไปดูใกล้ ๆ ก็ตกใจ จึงให้หลานชายไปตามแพทย์มาตรวจ แพทย์สันนิษฐานว่าสิ้นลมมาราว 6-7 ชั่วโมงแล้ว ลักษณะการถึงแก่กรรมของท่านเหมือนคนนอนหลับธรรมดา หน้าตาเปล่งปลั่งมีรอยยิ้มน้อย ๆ ไม่มีร่องรอยว่ามีทุกขเวทนาใด ๆ แม้เมื่อนำศพไปตั้งบำเพ็ญกุศลที่วัดจักรวรรดิราชาวาสแล้วและยังมิได้ปิดฝา ในหัวค่ำวันที่ 10 ธันวาคมนั้น ใคร ๆ ไปเยี่ยมศพก็จะเห็นว่าร่างท่านสมบูรณ์ ยังมีหน้าตาเปล่งปลั่งมีเลือดฝาดเหมือนกับคนนอนหลับ นับได้ว่าจากไปด้วยอาการอันสงบ ต่อมาได้มีการจัดงานพระราชทานเพลิงศพขึ้น ณ วัดเทพศิรินทราวาส รวมสิริอายุได้ 37 ปี ตลอดมาได้ดำรงตนเป็นฆราวาสมุนี ถือพรหมจรรย์ และประพฤติธรรมตราบจนสิ้นอายุขัย