1999年因跌跤骨折靠轮椅度日。2000年，由国防医学院护理系副教授赵凤宜代领第十届医疗奉献奖。周美玉于该年10月再次跌倒伤及头部，送三军总医院接受开颅手术，便未再清醒。2001年3月13日因心肺感染在导致心肺衰竭死亡，终生未婚，4月7日于台北市基督教浸信会怀恩堂举行告别式。原葬于阳明山第一公墓，后该墓园土石滑落、大理石崩坏与围篱倾倒，国防医学院护理系校友会遂提案迁厝，于2018年3月10日由军医局局长陈建同主持追思晋塔仪式，迁至五指山国军示范公墓国军忠灵殿。