Zmarł 12 marca 1956 w Moskwie o godz. 21:30 (według innego źródła o 23:35 czasu moskiewskiego), gdzie był gościem XX Zjazdu Komunistycznej Partii Związku Radzieckiego (14–25 lutego 1956), na którym Nikita Chruszczow wygłosił tajny referat demaskujący zbrodnie stalinizmu: „O kulcie jednostki i jego następstwach”. Miało to ponoć wstrząsnąć Bierutem, który przejął się możliwymi konsekwencjami referatu, co dodatkowo pogłębiło i tak niekorzystny stan jego zdrowia, jednak wątpliwości budzi fakt, iż śmierć nastąpiła w dwa tygodnie po wygłoszeniu przez Chruszczowa przemówienia. Referat Chruszczowa był impulsem, który przyspieszył trwający w krajach bloku wschodniego (od śmierci Stalina w 1953), proces destalinizacji – „odwilży”. Śmierć Bieruta przyspieszyła ten proces w Polsce, zamykając w historii PRL epokę stalinizmu i wzmogła konflikty w kierownictwie PZPR o władzę. Na skutek rozliczeń w partii usunięto 2 pozostałych przedstawicieli tzw. „wielkiej trójki”, sprawujących wraz z Bierutem niemalże niepodzielną władzę – Hilarego Minca i Jakuba Bermana. Zwolniono także aresztowanych z polecenia Bieruta działaczy komunistycznych, m.in. Mariana Spychalskiego (zrobiono to już 6 marca 1956, kilka dni przed śmiercią Bieruta w Moskwie).