9月21日10时05分，病逝于越南108军队中央医院，享寿61岁。越南中央高层领导健康照顾处处长阮国赵表示，陈大光于2017年患上了罕见的严重病毒性疾病，且没有药物能够彻底治愈这种疾病。在陈大光去世前，已有关于其健康状况的传闻。按照越南宪法，国家副主席邓氏玉盛暂时代行主席职责，直到新任国家主席阮富仲就任为止。2018年9月27日越南政府举行国葬，灵柩长眠于家乡宁平省金山县。