Gheorghiu-Dej døde av lungekreft i București 19. mars 1965. Begravelsesseremonien fant sted 24. mars 1965, og han ble lagt til ro i et mausoleum i det som den gang het «Frihetsparken» (nåvårende Carolparken). Etter revolusjonen i 1989, ble hans jordiske levninger ekshumert og flyttet til Șerban Vodă Gravlund.