De allerede svekkede lungene hans tålte ikke steinstøv, og han måtte gi seg med skulptur i stein. Som maler utnyttet han sin kunnskap om skulpturelle effekter i portretter og akter, spesielt med langstrakte konturer som ble hans «varemerke». I juli 1917 møtte han kvinnen i sitt liv – den unge kunststudenten Jeanne Hébuterne (født 6. april 1898). De flyttet sammen og 29. november 1918 ble datteren Jeanne født. I januar 1920 ble Modigliani syk, med nyrebetennelse og tuberkuløs meningitt, og han ble innlagt på Hôpital de la Charité i Paris, der han døde natten mellom den 24. og 25. januar 1920. Et par dagar senere begikk Jeanne (som var gravid i niende måned) selvmord ved å kaste seg ut fra et vindu i sjette etasje.