丘處機雖然被成吉思汗稱之為神仙，有活了300歲的傳說，但畢竟是一凡人，再怎麼會養生也不可能如此長壽，根據史書記載，他最後死時有80歲。
1227年農曆七月初九，丘處機在自己支援的長春宮（原名天長觀，被成吉思汗改名）的寶玄堂去世。據說連著三天，整個北京城都有被股子瑞香瀰漫，世人都覺神奇感嘆神蹟。一週年後，丘處機的弟子將他安葬在長春宮的處順堂。
正如，對丘處機死後異象的記載，道行高深的道士和那些佛門的高僧一樣，死得都非常的神奇。高僧去世叫圓寂、涅槃，而高道去世一般叫羽化、飛昇或者尸解。道教最高的追求就是跳出輪迴、飛昇成仙。羽化，原來是指昆蟲從蛹變成蟲的過程，這一說法大概是來自莊子夢蝶的故事；而尸解，是因為道教認為飛仙要拋棄自己的肉體。丘處機的師傅王重陽，去世時就被稱為飛昇。
歷史上有不少道士是因為服用丹藥最後中毒身亡，但丘處機絕不是這樣死的。因為丘處機所在的全真教不重煉丹，而以與外丹術相對的內丹修煉為主。所謂內丹修煉，就是不服用金石鉛汞煉製而成的金丹，而是將自己的肉體當做一個鼎爐，把精氣神當做藥物來煉，修出體內的一顆金丹。全真教的內丹修煉是王重陽開始提出的，他認為性命是修行的根本，所以講究性命雙修。這樣的修煉方式，也基本排除了丘處機服藥中毒而死的可能性。
