Sau một thời gian lâm bệnh, mặc dù được Đảng, Nhà nước, Quân đội, gia đình và tập thể giáo sư, bác sĩ hết lòng chăm sóc, cứu chữa, song do tuổi cao, sức yếu, đồng chí Thượng tướng Phùng Thế Tài đã từ trần hồi 13 giờ 50 phút ngày 21/3/2014 tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 175, TP Hồ Chí Minh.