Благотворительная деятельность обители все более расширялась. Продолжалось и строительство. В Шамордино были построены огромный многоглавый храм, трапезная. К 90-м годам XIX века число сестер в обители достигло пятисот человек.
Случилось так, что именно в Шамордино старцу Амвросию суждено было встретить свой смертный час. В 1890 году он по обыкновению выехал туда на лето. В конце лета старец трижды пытался вернуться в Оптину, но из-за нездоровья вынужден был остаться в Шамордино. Поняв это как указание свыше, он уже не предпринимал попыток покинуть обитель и остался в ней на зиму.
Пребывание старца в Шамордино было сопряжено со многими трудностями. «Матери и сестры, я у вас здесь на кресте», — говорил он монахиням. Ни днем, ни ночью старец не имел покоя — отчасти из-за неудобства помещения, которое он занимал (до самой его кончины оно все устраивалось и подготавливалось), отчасти из-за множества дел, которыми ему приходилось заниматься, и множество народа, посещавшего его. К тому же епархиальное начальство всячески негодовало на старца за то, что он слишком долго пребывает в Шамординской обители. Его неоднократно призывали вернуться в Оптину, но старец по нездоровью не мог этого сделать.
Он предчувствовал свою близкую кончину. 1 января 1891 года, утром, после обедни, старец Амвросий вышел из своей кельи особенно задумчивым, серьезным. Сев на диван, он вдруг начал читать сестрам стихотворение: «Лебедь на брегах Меандра песнь последнюю поет». А мы, — шутливо заметил он, — могли бы переделать так: «Лебедь на брегах Шамандра песнь последнюю поет», и объяснил, что лебедь поет только одну песнь — перед своей кончиной.
21 сентября 1891 года старец занемог. У него сильно болели уши. 23 сентября он еще принимал народ, хотя плохо слышал и еле мог говорить. Ухаживавшей за ним инокине старец говорил: «Это последнее испытание — потерял слух и голос». Между тем епископ Виталий намеревался лично приехать в Шамордино и вывезти старца в Оптину. «Батюшка, как нам встречать владыку?» — спрашивали преподобного сестры. «Не мы его, а он нас встречать будет», — отвечал старец. «Что для владыки петь?» — «Мы ему пропоем аллилуию».
Все так и случилось по словам святого. 4 октября старец исповедовал своего ближайшего ученика Иосифа, вернувшегося затем в скит. Начались тяжкие предсмертные страдания старца. 8 октября ему прочитали отходную, однако на следующий день старец пришел в себя. Отец Иосиф причастил его Святых Таин. Прощаться со старцем приехал настоятель Оптиной пустыни отец Исаакий.
10 октября в 11 часов дня отец Феодор в последний раз прочитал канон Божией Матери на исход души и стал осенять крестом старца, лицо которого уже покрывалось мертвенной бледностью. «Дыхание становилось все короче и короче. Наконец он сильно потянул в себя воздух. Минуты через две это повторилось. Затем батюшка поднял правую ручку, сложив ее для крестного знамения, донес ее до лба, потом на грудь и на правое плечо и, донеся до левого, сильно стукнул об левое плечо, потому что это ему стоило страшного усилия; дыхание прекратилось. Потом он еще вздохнул в третий и в последний раз. Было ровно половина двенадцатого дня».
Приехавший в Шамордино епископ Виталий нашел преподобного уже в гробу. В церковь он вступил под пение «аллилуия», как и предсказывал старец.
Возник спор о том, где хоронить старца — в Оптиной или в Шамордино. Обратились в Синод, который принял решение: везти старца Амвросия в Оптину пустынь. Траурную процессию сопровождала более чем тысячная толпа. Останавливались в каждой деревне, бывшей по пути, и служили там литию (службу под открытым небом). По воспоминаниям современников, все это походило более на перенесение мощей, чем на похороны. Рассказывали также, что в тот день были сильный ветер и ливень, однако ни одна свеча не погасла.
13 октября в Казанском соборе Оптиной пустыни епископ Калужский Виталий совершил литургию с чином отпевания старца Амвросия. Погребен был преподобный у юго-восточной стороны Казанского собора, возле могилы его учителя старца Макария.
В те дни, да и позднее, были разговоры о том, что сразу после кончины от тела усопшего пошел тяжкий тлетворный дух (особенно в первый день, в последующие дни он пропал). Это смущало многих, а иные, и прежде осуждавшие старца и вообще старчество, хотели видеть здесь указание свыше на отсутствие святости преподобного. (Суть подобных суждений передают слова старца Ферапонта из романа Ф. М. Достоевского «Братья Карамазовы»; речь идет в романе о кончине старца Зосимы, прототипом которого был старец Амвросий.)
Вот что рассказывает известный духовный писатель Е. Н. Поселянин (Погожев), бывший духовным сыном старца Амвросия. «Когда на следующее утро я подходил к скиту, то встретил монахиню из образованного и высшего сословия, которая ходила за старцем, и сказал ей, как я уверен в его святости.