Время кончины преподобного близилось: он изнемогал в силах, но не ослабевал в подвиге, присутствовал при богослужениях и еще накануне смерти литургисал, а в самый день кончины присутствовал у утрени и обедни. В вечерню, надев клобук и мантию, хотел идти в церковь. Братия не пускали его из кельи, видя его в испарине, но это было уже конечное изнеможение, чувствуя которое он стал просить схимы. Послали донесение патриарху, испрашивая его благословения, но, видя конечное изнеможение старца, начали пострижение. Прежде нежели были окончены последние молитвы, Дионисий, до того стоявший на ногах, сел, немногим из братий преподал благословение и, перекрестив свое лицо, возлег на ложе, закрыл глаза, сложил на груди крестообразно руки и отошел душой в блаженную вечность. Это было 10 мая 1633 года. Патриарх Филарет сам отпевал его.
Многие явления и исцеления свидетельствовали избранника Божия.
Из учеников Дионисия особенно замечателен был Дорофей. В рукописных святцах читаем: «Преподобный Дорофей, великий трудник бысть ученик святого Дионисия Радонежского и преставился в л. 7130 (1622)». Дорофей был великий труженик-подвижник, много трудился для раненых и больных, в уходе за которыми проводил ночи без сна, в непрестанной денно-нощной деятельности. Подвижничество его подвергало его насмешкам. «Раз я, – пишет ключарь Иоанн Наседка, – смеялся над ним вместе с другими. Заметил это Дионисий и строго посмотрел на меня. Спустя десять лет, в духовной беседе в Москве, напомнил я Дионисию о замечании его относительно Дорофея; авва сказал: “Не спрашивай иноков о делах иноческих. Для нас беда открывать мирянам наши тайны. Писано: да не у весть шуйца, яже творит десница твоя. Вы, миряне, – продолжал он, – если услышите худое о чернецах, осуждаете их, на грех себе; а если услышите доброе, не ревнуете тому, а только хвалите и из вашей похвалы выходит опасное искушение для нас: рождается гордость. Вы смеялись над человеком святым оттого, что он жил не по-вашему. Мне известно, что не едал он по неделе, по десяти дней капли воды не бывало у него во рту, ходил босой, нагой, голодный, с неумытыми руками и лицом. Голодом и жаждой боролся он с помыслами, мучившими его”».
В селах Лавры многие храмы были сожжены поляками, другие ограблены. Преподобный Дионисий построил несколько сельских церквей, из которых есть еще доселе существующие в целости. Он имел в запасе всякую церковную утварь и с любовью наделял ею просящих для той или другой церкви.