ต้นเดือนตุลาคม พุทธศักราช ๒๕๒๘ พระนางเจ้าสุวัทนา พระวรราชเทวี ประชวรเกี่ยวกับพระปัปผาสะอักเสบ และมีพระโรคแทรกซ้อน สิ้นพระชนม์เมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๑๐ ตุลาคม พุทธศักราช ๒๕๒๘ เวลา ๑๗ นาฬิกา ๐๙ นาที ณ โรงพยาบาลศิริราช กรุงเทพมหานคร พระชนมายุ ๘๐ พรรษา

วันอาทิตย์ที่ ๑๖ มีนาคม พุทธศักราช ๒๕๒๙ สมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี เสด็จไปทรงประกอบพิธีบรรจุพระอังคารของพระนางเจ้าสุวัทนา พระวรราชเทวี ที่ฐานพระร่วงโรจนฤทธิ์ ณ พระวิหารทิศเหนือ พระปฐมเจดีย์ จังหวัดนครปฐม อันเป็นสถานที่ประดิษฐานพระบรมราชสรีรางคารของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเจ้าอยู่หัวตามพระราชประสงค์ในพระบรมราชโองการของพระบาทสมเด็พระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว สั่งเสนาบดีกระทรวงวัง ลงวันที่ ๘ กันยายน พุทธศักราช ๒๔๖๘