盡管如此，彼得仍然拒絕減少工作量和酒量。他仍然堅持每天早晨和中午的散步。10月底，彼得還親自參加了一場撲滅火災的行動。一次散步到海軍部造船廠，站在鐵砧前，打了290公斤重的鐵塊，然後要求這裏的工頭給他普通工人的工錢，他把這錢的一部分送給街頭要飯的窮人，剩下的為自己買了一雙工人穿的皮鞋。另一次，他看見了一隻遇險的船，在離河岸不遠的地方擱淺，甲板上擁擠的人群使好多人掉到水裏，彼得毫不猶豫地跳進冰冷的水裏參加營救，他為自己52歲了還能做出這樣的超人之舉而自豪。然而這一行動大大地損害了他的健康，12月份的刺骨的冰水使他發起了高燒。再一次加重了他的病情。
彼得在給冒險家白令將軍的信中說：“我因身體不好，不得不呆在自己的房間裏。由於我有充分的時間來進行思考，使我想到還有好幾項計劃!未能完成。我非常著急”。1725年1月20日，彼得因尿瀦留而叫痛不已，1725年1月23日由英國醫生進行了穿刺，從他的體內抽出4公升的散發惡臭的積尿，還雜以糜爛的肉和纖維膜。醫生禁止他出行和飲酒，彼得仍然堅持：“我相信上帝，我有信心”。
1725年1月26日，彼得感覺自己將不久於人世，他準備立下遺囑。他在感覺身體稍好一些的時候叫人取來寫字木板，他已經不能在紙上寫字。但隻在上麵寫上了“把一切交給……”幾個字，就無力倒了下去。葉卡特琳娜在猜測，貴族們也在猜測，把一切交給誰？彼得蘇醒過來時，曾示意把小女兒安娜叫來，但安娜將自己的耳朵貼近彼得嚅動的嘴，拚命地聽著，但是沒有聽懂彼得非常含糊的話或者聽懂了裝作沒有聽懂，因為這是保護自己的最好辦法。1725年1月28日淩晨六時，53歲的彼得大帝終於咽下了最後一口氣。
法國著名曆史傳記作家享利·特羅亞寫道：“安息在有天蓋床上的巨人，臉色蠟黃，在兩端向上的彎翹的小胡子下麵，嘴唇緊閉著，微凸發青的眼皮合攏在一起。人們把他的一雙勤勞的大手，永遠地交叉在在胸前。要塞鳴炮101響，所有教堂都敲響了喪鍾。剛剛邁出黑夜的聖彼得堡，正下著鵝毛大的雪花。”
“淚如雨下”的葉卡特琳娜在匆匆安排完彼得的後事後，立即來到樞密院，當聽到樞密院決定將皇位由皇後葉卡特琳娜繼承後，她終於鬆了一口氣。接著便是愴天呼地的哭聲響起了。法國使節記載：“女人的頭顱裏竟能儲存這麼多的淚水，實在令人難以想象。許多人跑到皇宮，專門來看皇後葉卡特琳娜的哭泣和呻吟。我也必須承認，盡管我很清楚這些淚水到底有多大的真誠性，但是我好象觀看一場拉辛的悲劇一樣，仍深深受到感動。”
2個月以後的3月4日，彼得的幼女娜塔利婭因患麻疹也去世了。樞密院決定3月10日，同時為彼得父女兩人舉行國葬。
3月10日，彼得大帝的靈柩由普列奧布拉任斯基兵團的12名上校抬著，另由8名高級將軍手扶靈柩上鑲著的金綠絲絨華蓋的錦簇。身穿重孝的女沙皇（皇後）葉卡特琳娜由緬希科夫和阿普拉克辛扶著，後麵是兩個女兒安娜和伊麗莎白，所有的顯貴、軍官和外交使節都脫帽緩步而行。陸軍和海軍樂隊的樂曲不時被144門大炮的轟響所淹沒。
普斯科夫修道院長老傑潘·普羅克波維奇致悼詞。他說：“啊！俄國的父老們，發生了什麼事？我們眼前看到的是什麼？我們在做什麼？我們在埋葬彼得大帝。他去了，但是他給我們留下的不是貧困和苦難，他把勞動創造的巨大的財富——力量和榮譽留給我們。俄國將按照他所締造的模樣繼續生存下去。他使好人熱愛我們的國家，使敵人對之產生無限恐懼，而對於這些敵人，俄國將永遠是令人生畏的，他使俄國在世界麵前享有永不磨滅的光輝！”