Mistral tenía diabetes y problemas cardíacos; padecía arteroesclerosis cerebral, que le ocasionaba problemas de orientación. Luego de haber sufrido una hemorragia en su casa y tras la recomendación de su médico, Martin Goldfarb,[34] ingresó al Hospital General de Hempstead en Nueva York el 29 de diciembre de 1956 a causa de un cáncer de páncreas; recibió la extremaunción el 2 de enero de 1957 y dos días más tarde entró en coma, mientras que el día 8 recibió la bendición papal por parte del sacerdote chileno Renato Poblete.[35] Falleció a las 5:18 del 10 de enero de 1957, a los 67 años;[34] su cuerpo fue trasladado el mismo día a la funeraria Frank Campbell de Nueva York, en la intersección de la Calle 81 y la Avenida Madison, para ser embalsamado.[36][37]
El 12 de enero se realizó una misa de réquiem en la Catedral de San Patricio de Nueva York, presidida por el cardenal Francis Spellman, arzobispo de Nueva York, mientras que la ceremonia fue oficiada por Renato Poblete. A la ceremonia asistieron alrededor de 500 personas, incluyendo miembros de las embajadas latinoamericanas ante las Naciones Unidas y miembros del cuerpo consular chileno.[38]
En su testamento estipuló que el dinero producido por la venta de sus libros en América del Sur debía destinarse a los niños pobres de Montegrande, donde pasó sus mejores años de infancia, y el de la venta en otras partes del mundo a Doris Dana y Palma Guillén, quien renunció a esa herencia en beneficio de los niños pobres de Chile.[39] Esta petición de la poeta no se había podido realizar debido al decreto 2160, que derivaba los fondos a editoriales e intelectuales. Este decreto fue derogado y los ingresos producto de su obra llegan a los niños de Montegrande en el valle del Elqui.
Sus restos llegaron a Chile el 18 de enero de 1957, a bordo de un avión de la Fuerza Aérea de Chile que aterrizó en el aeródromo Los Cerrillos,[40] y fueron velados en la Casa Central de la Universidad de Chile[41][42] donde permanecieron hasta el 21 de enero,[43] fecha en que fue sepultada en el Cementerio General de Santiago.[44]
El 23 de marzo de 1960 fueron trasladados definitivamente a Montegrande, como era su deseo. A las 8:00 despegó desde el Aeropuerto Los Cerrillos el avión que llevó sus restos hasta el Aeródromo La Florida de La Serena, arribando a dicha ciudad a las 10:30 y de ahí fue trasladado hasta Vicuña. En la Plaza de Armas de dicha ciudad se instaló una capilla ardiente con el cuerpo de Mistral desde las 12:35 y se realizó un responso. Posteriormente el féretro fue llevado hasta Montegrande y a las 16:45 fue depositado en la tumba instalada en su honor.[45] Una vez mencionó que le gustaría que bautizaran un cerro de Montegrande en su honor y lo consiguió el 7 de abril de 1991, en el que hubiera sido su 102.° cumpleaños, cuando el cerro El Fraile pasó a llamarse Gabriela Mistral.[46]
Doris Dana permaneció como albacea de la obra de Mistral y evitó enviarla a Chile hasta que no se reconociera a la poeta como correspondía a su estatura mundial. Incluso se le llegó a extender una invitación de parte del gobierno del presidente Ricardo Lagos, cosa que ella declinó. La sobrina de Doris Dana, Doris Atkinson, donó al Gobierno chileno el legado literario de Mistral ―más de 40 000 documentos, custodiados en los archivos de la Biblioteca Nacional de Chile, incluidas las 250 cartas escogidas por Zegers para su publicación―.
