Но Михаил, несмотря на сопротивление, продолжал, как обычно, добиваться своего. Когда весной 1282 года, благодаря Сицилийской вечерне, угроза со стороны Карла Анжуйского была устранена, он, казалось, реабилитировался. В следующем ноябре Михаил готовился отправиться в Фессалию, где сын деспота Эпира отстаивал независимость своего княжества. Император находился в Малой Азии после недолгого похода, предпринятого, чтобы укрепить границу с турками, и решил добраться до Фракии морем, так как это было быстрее. Но его корабль попал в неожиданный сильный шторм, чуть не утонул, однако добрался-таки до порта Редест, где Михаил и его сын Андроник сошли на берег и отправились навстречу войску монголов, высланному из Золотой Орды его союзником и зятем Ногаем. К тому времени, когда вечером они встали лагерем, император был явно нездоров: уже некоторое время он страдал от болезни пищеварительного тракта. Он не смог сесть на коня, чтобы приветствовать монголов, чем встревожил свою свиту: та испугалась, что монголы начнут грабить окрестные деревни, если не увидят императора, на помощь к которому их отправили. Так что с большим трудом Михаил, поддерживаемый с двух сторон придворными, сумел-таки выехать верхом и произнести несколько приветственных слов, обращенных к предводителям монголов. Когда же император снова лег в постель, врач предупредил Андроника, что его отец долго не проживет. Андроник вернулся к Михаилу, затем тихо вошел священник. Император сперва не заметил его, затем повернул голову, увидел и тогда понял, что умирает. Михаил принял причастие и скончался. Это произошло 11 декабря 1282 года, и монголы оплакивали его так же громко, как и византийцы.
Вступление на престол нового императора прошло без осложнений. Хотя Михаил захватил власть незаконно, благодаря возвращению Константинополя он сумел утвердить свою семью как правящую династию. Его потомки будут императорами Византии до самого падения империи. Андроник II Палеолог (правил в 1282–1328 гг.), благочестивый и благонамеренный, но весьма посредственный политик, часто рассматривается историками как весьма неадекватная замена его блестящему, хотя и безжалостному отцу. Однако на самом деле Андроник был реалистом, а Михаил никогда им не был. Андроник понимал, какой империей управляет, и старался быть ближе к мировосприятию своего народа вместо того, чтобы провозглашать себя новым Константином, который восстановит все, как было. Он понимал и ту страстность, с которой византийцы держались своей православной веры, и стремление провинций к эффективному местному управлению, и делал все возможное, чтобы обеспечить и то и другое.
В обычных обстоятельствах тело императора, умершего за пределами Константинополя, должно было быть привезено и захоронено в одном из главных храмов столицы. Предполагалось, что Михаил VIII будет погребен в монастыре Святого Димитрия, который он восстановил. Однако по приказу Андроника тело Михаила было доставлено в ближайший к месту его смерти монастырь и захоронено там. А следующей весной его перенесли в монастырь в Силимврии, тот самый, в котором 20 лет назад был погребен скелет Василия II. Не было никаких публичных похорон в Константинополе, и почивший император не поминался на литургии в годовщину его смерти, как это было принято. Через несколько дней после смерти отца Андроник распорядился выпустить из тюрем всех заключенных за сопротивление Лионской унии, вернуть отправленных в ссылки и низложил патриарха Константинопольского Иоанна XI, которого Михаил назначил, чтобы тот выполнил условия соглашения с Папой. В следующем апреле были низложены и заменены и все епископы, которые поддерживали унию. Новый император фактически отказался от непопулярного соглашения, даже в ущерб памяти своего отца. Теперь, когда угроза нападения со стороны Запада стала явно меньше, поскольку Карл Анжуйский вынужден был сопротивляться вторжению Педро Арагонского на Сицилию, в унии уже не было необходимости. Кроме того, отказ от нее, несомненно, принес Андронику любовь всего народа: ликующие толпы приветствовали на улицах столицы освобождение заключенных и восстановление православия.