竞选场合站台造势。1996年初，被诊断出罹患食道癌，到中国治疗。同年5月，与家人到浙江奉化溪口探亲祭祖扫墓，并造访北京，是唯一回过中国大陆之蒋家第三代。同年12月22日，在台北荣民总医院去世，得年48岁。。蒋孝勇逝世后，蒋经国与蒋方良只剩下女儿蒋孝章仍在世，隐居美国旧金山。蒋孝文、蒋孝武、蒋孝勇全部辞世，蒋家第三代淡出台湾政治。
相片争议.三船敏郎于1942年拍摄的一张照片，经常在网络上被误认为是汪精卫和蒋孝勇，甚至袁克文、俞扬和。