7 мая Столетов почувствовал себя настолько хорошо, что стал укладывать чемоданы, рассчитывая на следующий день выехать. Но в этот же день у Александра Григорьевича начались сильные боли в спине. К вечеру они настолько обострились, что он вынужден был лечь в постель.
Почувствовав приближение смерти, Столетов потребовал перо и бумагу и стал писать завещание. Свою богатейшую библиотеку Столетов завещал университету, в котором прошла вся его сознательная жизнь. Огромный шкаф с книгами Столетова и по сей день стоит в библиотеке физического института Московского университета, которой ныне присвоено имя Столетова. В своем завещании ученый просил похоронить его на родине, во Владимире.
На следующий день у Столетова обнаружилась инфлюенца, сопровождавшаяся воспалением легких и ослаблением сердечной деятельности. Александру Григорьевичу становилось все хуже.
13 мая к Александру Григорьевичу пришел любимый его сотрудник и ученик Петр Николаевич Лебедев. Несмотря на болезнь, Столетов поддерживает оживленный разговор. Живо интересуется наукой.
«Он заставил меня рассказывать, — вспоминал Лебедев, — о моих занятиях за последний день и навел разговор на свою любимую тему о газовых разрядах… Прощаясь со мной, он слабо пожал мне руку и чуть слышно добавил: «Советую заняться этими вопросами, они очень интересны и важны».
Эти слова Столетова, слова человека, который был основоположником новой области физики, стали как бы заветом для грядущих исследователей.
14 мая в состоянии здоровья Столетова наступило некоторое улучшение. Воспаление легких стало проходить, боли в спине уменьшились. В этот день Столетов смог даже написать письмо профессору Зилову. Но улучшение было только временным. Организм был настолько истощен, что жизнь стала медленно угасать.
В ночь с 14 на 15 мая в Москве было шумно. По улицам бродили толпы народа. Горели разноцветные огни иллюминации. В окна столетовской квартиры доносились говор, пение, пьяные крики. Коронационные торжества были в полном разгаре. На престол вступал новый русский император — кровавый Николай II. А в этот час «в стенах университета, — писал К. А. Тимирязев, — угасала жизнь одного из преданнейших и незаменимых его деятелей — профессора А. Г. Столетова». В час ночи жизнь угасла.
Умер Столетов так незаметно, что находившиеся рядом с ним родственники сначала приняли смерть за легкий сон.
Смерть Столетова была большим горем для всех передовых русских людей. К. А. Тимирязев в своем некрологе на смерть друга писал:
«Вся эта жизнь была бескорыстным служением русской науке и университету — для того, чтобы в результате привести к ряду горьких разочарований. «В сентябре меня уже не будет в университете» — были последние, как бы прощальные слова, которые я слышал от него за несколько дней до его неожиданной смерти, как громом поразившей не только его друзей, но и всех, кто в состоянии был оценить значение его университетской деятельности. Ни он, ни я не подозревали, конечно, в эту минуту, что не через несколько месяцев, а через несколько дней его уже не будет не только в университете, но и в живых — как будто ему уже не достало сил привести в исполнение свое намерение, как будто ему легче было расстаться с жизнью, чем с этим университетом, на который была растрачена вся его жизненная энергия…»
18 мая гроб с телом Столетова повезли на Нижегородский вокзал. На гроб были возложены венки от физико-математического факультета, от физической лаборатории с надписью «Незабвенному основателю и руководителю», от студентов университета и от учеников.
Провожали Столетова все те из его друзей, которые были в это время в Москве. Их было немного. Ведь в университете уже окончились экзамены и большинство студентов и профессоров разъехалось. Представители официальной науки в похоронах участия не приняли. «Молча проводили его на покой университет и Москва… Не нашлось никакого слова признательности над гробом человека, потратившего на них столько сил и таланта», — с горечью писал Тимирязев. «Впрочем, нет, — добавлял Тимирязев, — мне привелось услышать несколько бесхитростных слов благодарности, стоящих длинных холодных панегириков. «Даже в гробу покойник порадел за нас, — невольно сорвалось у одного из университетских сторожей, — не соберись мы его хоронить, сколько из нас, может, лежало бы теперь на Ходынке».
В день похорон Столетова разразилась ужасная ходынская катастрофа. Царские грошовые гостинцы, привлекшие на Ходынское поле народ, стоили жизни тысячам людей. Катафалк с гробом А. Г. Столетова, сопровождаемый горсткой друзей покойного, двигался по улицам, переполненным заплаканными людьми. Многие москвичи в этот день потеряли своих близких.