2020年5月，已步入癌症晚期的申紀蘭在參加第十三届全国人民代表大会第三次会议期间病发，入住空军总医院，后因病重被接回长治医院。香港有線電視曾申请采访申纪兰，但被当局告知申纪兰因身体原因不便受访。2020年6月26日，平顺县县委书记吴小华與前縣委書記陈鹏飞到医院探望申纪兰。同日，国家禁毒委员会播發之前由申纪兰录制的宣傳禁毒的视频。2020年6月28日凌晨1时31分申纪兰逝世，享年91岁。山西省长治市平顺县纪兰文化研究室主任张娟称：申纪兰在弥留之际特意交代自己的一切丧事从简，并要求把“共和国勋章”的经费拿出来，交了党费。2020年6月30日，她的遗体告别仪式在长治殡仪馆举行，陆续有上万人前来吊唁送別。