Обращаясь к братии, умирающий подвижник говорил: «Итак, братия, телом я ухожу от вас, но духом всегда буду с вами».
Год смерти преподобного Варлаама с точностью неизвестен. По летописи, подвижник преставился 6 ноября 1192 года.
Кончина почитаемого всеми подвижника собрала в пустынную Хутынскую обитель множество народа. Прибыл архиепископ Новгородский, собрались иноки из окрестных монастырей и с честью погребли многотрудное тело преподобного. В то время многие больные различными болезнями получили исцеление.
Местное празднование преподобному Варлааму в его монастыре и в Новгороде началось во второй половине XIV века. Многочисленные чудеса при гробе святого были основанием для его прославления. В XV столетии были обретены нетленные мощи угодника Божия. Архиепископом Новгородским был тогда блаженный Евфимий II. Питая теплую веру к преподобному Варлааму как благодатному угоднику Божию, он, призвав Хутынского игумена Тарасия, заповедал три дня поститься и совершать келейно молитвы, дабы узнать волю Божию об основателе обители. По прошествии трех дней архиепископ, игумен и один иподиакон вошли в храм, сняли каменную крышку с гроба преподобного и обрели тело его нетленным; лице и брада оказались сходными с изображением преподобного на иконе, стоявшей над его гробом. Святитель прославил Бога, а иподиакон, пораженный чудом, тогда же принял иночество. Но мощи преподобного остались и после того закрытыми, и празднование памяти его не распространилось далее Новгородской области.
Дальнейшие чудеса преподобного Варлаама прославили его на всю Святую Русь как великого чудотворца. Особенно поразительно было чудо, совершившееся над Григорием, молодым постельничим (должностное лицо при княжеском и царском дворах в Древней Руси. На обязанности его лежало наблюдение за спальней государя. Вследствие постоянной, по службе, близости к нему должность эта была весьма почетной), великого князя московского Василия Васильевича (прозванного Темным за то, что был ослеплен своими противниками — Василием Косым и Димитрием Шемякой, княжил с 1425 по 1462 гг.). Во время пребывания великого князя в Новгороде Григорий тяжко захворал и был близок к смерти. Григорий читал ранее житие и чудеса преподобного Варлаама и, веруя в чудодейственную силу его молитв, просил отвезти себя в Хутынский монастырь. И вот во сне явился ему преподобный и обещал исцеление. Обрадованный юноша с верою говорил окружавшим его: «Если на пути меня застанет даже смерть, все равно — и мертвого везите меня к преподобному». Дорогой он действительно умер и мертвым был везен в обитель. Но недалеко от обители мертвец вдруг ожил и, прибывши в обитель, поклонился преподобному и совершенно выздоровел. Когда исцеленного спросили, что с ним было, он поведал следующее: «Я видел около себя множество бесов, один из коих держал свиток, где записаны были мои грехи. Но явившийся святитель Николай сказал: «Немногие добрые его дела значат более, чем грехи его, открытые притом духовному отцу». Бесы скрылись. Потом явились Ангелы, и высший из них с ласкою повел меня в какое–то светлое место, где было много прекрасных деревьев и цветов. И вот я увидел там преподобного Варлаама чудотворца с посохом в руках, в том виде, как написан он на иконе. Подойдя, он сказал мне: «Григорий! Я не успел придти к тебе при исходе твоем; теперь ты хочешь ли остаться здесь?» «Хочу здесь пребывать», — отвечал я. На это святой Варлаам сказал: «Да, хорошо бы остаться тебе здесь, но будут скорбеть о тебе родители твои. Иди, утешь отца и мать; я твой помощник». Взяв за руку, он повел меня, а впереди шел тот Ангел в диаконском облачении. Пройдя мимо цветущих деревьев, Ангел стал невидим, а святой Варлаам, оградив меня крестным знамением и иконою святителя Николая, сказал: «Григорий! Ты молился великому чудотворцу Николаю и меня призывал на помощь; молись ему и вперед, а я помощник твой». Отошедши немного, он оглянулся на меня и прибавил: «Спустя семь лет ты будешь у меня», — и стал невидим».
Это дивное чудо при гробе преподобного Варлаама над постельничим великого князя послужило поводом к установлению церковного празднования в честь чудотворца Хутынского в Москве и затем по всей России (1460 г.). Тогда же сам великий князь Василий Васильевич соорудил в Москве и первую придельную церковь во имя преподобного Варлаама.
Великий князь Иоанн Васильевич был свидетелем грозного чуда при гробе преподобного Варлаама. В 1471 году великий князь, предав опустошению Новгородскую область, вступил в Новгород как грозный победитель. Заехал он тогда и на Хутынь поклониться, как говорил он, преподобному.
«Почему, — спросил князь, — не открывают гроб святого Варлаама?» «Издавна, — отвечал игумен обители Нафанаил, — никто не смеет видеть мощи чудотворца: ни для архепископов, ни для бояр не открывают их, доколе Господь не соблаговолить ясно изъявить на то Свою всесвятую волю».