شیخ عبدالحسین پس از اينكه مأموريت خود را در تعمير و مرمت و توسعه عتبات عاليات عراق به گونهاى شايسته انجام داد، دچار كسالت گرديد و سلامتى او مختل شد. دستگاه تنفس او مبتلا به عفونت حاد گشت و بيمارى ذاتالريه حيات وى را دچار مخاطره ساخت و سرانجام فقيهى عالىمقام كه عمرى را به تلاشهاى علمى، فرهنگى و عمرانى مشغول بود، در بيستودوم رمضانالمبارك سال ١٢٨۶ قمرى در شهر كاظمين دار فانى را وداع گفت و روح پاكش به سوى سراى جاويد پرواز كرد.
پيكر مطهر شيخ العراقين را پس از تشريفات شرعى، با تكريم و شكوه خاصى از كاظمين به كربلاى معلى انتقال دادند و در صحن مطهر حرم حسينى در حجرهاى كه كنار باب جديد، موسوم به «باب سلطانى» است و از داخل در سمت چپ قرار دارد، دفن گرديد.
برخى هم گفتهاند جنازه اين فقيه گرانقدر در حجرهاى كه حوالى مدرسه صدر است (همان مدرسهاى كه خودش با ثلث اموال اميركبير ساخت) آرميده است. ميرزا محمد كاظمينى همدانى (امامالحرمين) كه شيخالعراقين از مشايخ اجازه اوست، در سرودهاى ماده تاريخ فوت استاد خود را مشخص كرده است:
منذ عبدالحسين مولى البرايا
فاض من ربّه عليه النور
طار شوقاً الىالجنان سريعاً
ودعاء اليه ارّخ «غفور»
كه كلمه «غفور» مادّۀ تاريخ وفات اوست و مساوى ١٢٨۶ قمرى است.
-----------------
منبع: مستدرك الوسايل، ج٣، ص۴١٠؛ ميرزا محمد كاظمينى همدانى، فصوصاليواقيت، ص١١؛ محمدعلى حبيبآبادى، مكارم الآثار، ج٨. ص٢٧٧۵؛ محمدحسنخان اعتمادالسلطنه، مرآتالبلدان، به تصحيح ميرهاشم محدث و عبدالحسين نوايى، ج ١، ص ٣٩٩؛ المآثر والآثار، ج ١، ص ٢۴۴؛ ريحانةالادب، ج٣، ص٣٢٩؛ الكرام البرره، ج٢، ص٧١۴؛ اعيانالشيعه، ج٧، ص۴٣٨؛ موسوعة طبقات الفقها، ج١٣، ص٣٢۶.