Несмотря на свои нестарые годы, Борис уже страдал разными недугами; по некоторым известиям, у него была сильная подагра, а по другим, и водяная. Тяжелые заботы и огорчения, испытанные после появления самозванца, окончательно подорвали его здоровье. Вопреки неограниченной власти и могуществу, он видел свое бессилие справиться с этим страшным призраком, видел постоянные крамолы, неохоту воевод сражаться за него и даже прямую измену. Недостойное поведение их под Кромами и новое усиление самозванца, без сомнения, терзали его душу и не давали ему покою, хотя наружно он старался сохранять вид бодрости и спокойствия. 13 апреля, после торжественного приема иноземных послов (датских), Борис угощал их в Золотой палате; но едва встал из-за стола, как у него открылось сильнейшее кровотечение из носу, рта и ушей. Тщетно врачи пытались остановить кровь. Через два часа он скончался, едва успев постричься в иноки с именем Боголеп. Такая внезапная кончина, естественно, не осталась без разных толков и догадок; прошел слух, повторенный и некоторыми иностранцами, будто Годунов принял яду — слух по всем признакам недостоверный.
Борис умер 53 лет от роду, после царствования, продолжавшегося с небольшим семь лет. Хотя сам он, как говорят, будто бы не умел ни читать, ни писать, тем не менее оказывал большое уважение к образованию вообще и особенно заботился о книжном учении своего сына Федора. Для себя лично недостаток грамотности он восполнял своей опытностью, огромной памятью и другими умственными дарованиями. Но печальные, смущавшие его обстоятельства царствования не дозволили ему вполне развернуть свои выдающиеся правительственные способности. А подозрительность и доступность злым наветам своей жены и родственника Семена Годунова сделали из него тирана и лишили его народного расположения. Поэтому кончина его была встречена в Москве с явным равнодушием. На следующий день его погребли в Архангельском соборе; а народ начали приводить к присяге на верность новому царю, шестнадцатилетнему Федору Борисовичу, вместе с его матерью Марьей Григорьевной и сестрой Ксенией Борисовной. Разослали гонцов по городам с присяжными листами, по которым служилые люди, между прочим, давали клятву никого иного не хотеть на государство Московское, ни Симеона Бекбулатовича, ни того вора, который называет себя князем Димитрием Углицким.