El 29 de julio de 2006, Stroessner fue operado de una hernia en el Hospital Santa Lucía, de Brasilia, con resultados satisfactorios en los primeros días, pero luego sufrió una complicación pulmonar que derivó en neumonía y lo mantuvo en estado crítico hasta el 16 de agosto de 2006, cuando falleció.

Fue sepultado el 17 de agosto de 2006 en el cementerio Campamento de la Paz de Brasilia, en una ceremonia privada, a la cual solo asistieron sus familiares y amigos cercanos. Se preveía trasladar sus restos a Paraguay a los pocos meses, pero el gobierno paraguayo, presidido por el colorado Nicanor Duarte Frutos, hizo saber que no recibiría el cuerpo de Stroessner con honores.