В конце декабря 1927 года Бехтереву предстояло участие в работе двух съездов: I Всесоюзного съезда невропатологов и психиатров и I Всесоюзного съезда педологов, посвященного проблеме воспитания и обучения детей. Последние годы дом на Каменном острове опустел — дети разлетелись, Наталья Петровна, возвратившаяся из Финляндии тяжелобольной, вскоре умерла. Хозяйство вел в основном старший брат Николай Михайлович, который к тому же добросовестно выполнял трудоемкие обязанности секретаря журнала «Вестник знания».

После смерти Натальи Петровны в доме стало совсем неуютно. Холостяцкой жизнью Бехтерев тяготился, и тогда около него появилась женщина, о которой никто из окружающих почти ничего не знал. Ходили слухи, что в прошлом она была цирковой наездницей. Лет ей было приблизительно 45, звалась Бертой Яковлевной и родом была, по-видимому, из Прибалтики. Она быстро навела порядок и уют в доме, избавила братьев от мелочных житейских хлопот. Внимание, проявляемое ею повседневно к Владимиру Михайловичу, не осталось безответным, и вскоре она стала его женой.

В Москву они выехали вместе и поселились там в доме старого знакомого Владимира Михайловича, профессора Московского университета С. И. Благоволина.

22 декабря открылся съезд невропатологов и психиатров. Бехтерев был избран его почетным председателем. В тот же день состоялось его последнее публичное выступление — доклад о коллективном лечении внушением под гипнозом больных наркоманиями, в частности алкоголизмом, и различными формами невроза, а также о включении этого метода в комплекс лечебных мероприятий при некоторых других заболеваниях нервной системы. В докладе была изложена методика коллективной психотерапии и отмечалось, что атмосфера коллективного сеанса гипнопсихотерапии способствует повышению внушаемости его участников в силу возникающей при этом взаимной индукции. На следующий день Бехтерев руководил заседанием съезда, посвященным вопросам профилактики и лечения эпилепсии. Заседание проходило в здании Института психопрофилактики Наркомздрава на Кудринской улице. После его окончания Бехтерев изъявил желание познакомиться с некоторыми лабораториями. В сопровождении директора института Розенштейна и крупных московских психиатров Ганнушкина и Краснушкина он посетил возглавляемую Снесаревым лабораторию морфологии центральной нервной системы и отдел психофизиологии труда, которым руководил бывший ученик Бехтерева Ильин. Особый интерес при этом он проявил к недавно купленному институтом в Германии прибору Попельмейера, предназначенному для изучения умственного напряжения.

Вечером того же дня Бехтерев с женой был на спектакле «Лебединое озеро» в Большом театре, а в ночь на 24 декабря у него появились боли в животе. Утром он был осмотрен профессором Бурминым, который диагностировал у него желудочно-кишечное заболевание и сделал соответствующие назначения. Около Бехтерева весь этот день находилась его жена, она же и выполняла данные Бурминым рекомендации. В течение дня Бехтерев стал чувствовать себя как будто получше, но к семи часам вечера у него появились тревожные признаки ослабления сердечной деятельности. В созванном консилиуме участвовали профессора Бурмин и Шервинский и доктор Константиновский. Проведенные ими лечебные мероприятия желаемого эффекта не дали. Нарастали признаки общей интоксикации, нарушения работы сердца, после десяти часов вечера дыхание стало прерывистым, нарушилось сознание. Несмотря на все принятые меры, и в том числе применение искусственного дыхания, состояние больного прогрессивно ухудшалось, и в 23 часа 45 минут Бехтерев скончался.

В воскресное утро 25 декабря в квартире Благоволина собралось совещание во главе с наркомом здравоохранения Семашко. В нем участвовали видные представители советской медицины. В тот же день с лица покойного известным скульптором Шадром была снята гипсовая маска. У гроба Бехтерева постоянно несли почетный караул представители студенчества, врачи, преподаватели, профессора.

26 декабря на квартире Благоволина состоялась гражданская панихида, в которой принимали участие родные, близкие, сотрудники, ученики ученого. Первым выступил нарком Семашко. «Мы провожаем в могилу, — сказал он, — виднейшего деятеля науки, научные заслуги которого известны далеко за пределами нашей страны. Эти заслуги неизмеримы. Еще в давние времена, когда область нервной деятельности была загадочной и темной, академик Бехтерев открыл своим ученым ключом дверь в эту темную область, пролив на нее яркие лучи научного света. Уже тогда Бехтерев заложил основы рефлексологии, то есть учения, которое наиболее близко к материализму и потому является единственно научным пониманием душевной жизни».

27 декабря в начале второго часа дня гроб с телом Бехтерева был вынесен из квартиры Благоволина и водружен на катафалк. Траурный кортеж направился на Моховую к 1-му Московскому университету. Двор университета был переполнен студентами, преподавателями, представителями общественных организаций. Гроб на руках перенесли в круглый актовый зал, где состоялась еще одна гражданская панихида с участием представителей широкой общественности, на которой с речью выступил Председатель ЦИК СССР М.Калинин. «Наука, — говорил он в своей речи, — неотделима от социализма. У нас есть огромные силы, которые, к сожалению, до сих пор этого не осознали. Покойный же тов. Бехтерев усвоил это в самом начале Октябрьской революции. Однако год за годом наука делает медленную передвижку в умах и других ученых, заставляя их осознать, что наука и социализм — одно и то же. Я имел частое общение с покойным и вынес убеждение, что он принадлежал к тем лицам, которые укрепляли мост, соединяющий науку со строительством социализма. Академик В. М. Бехтерев много помог сближению труда и науки и этим самым укреплению рабоче-крестьянского строя».

В тот же день тело Бехтерева предали кремации в недавно отстроенном крематории при Донском монастыре. Вечером урну с прахом ученого, заключенную в обитый черно-красным шелком небольшой дубовый ящик, доставили на Октябрьский (ныне Ленинградский) вокзал. Проводить останки Бехтерева в Ленинград собрались тысячи москвичей. Траурный поезд отправился поздно вечером.

На Октябрьском (ныне Московском) вокзале Ленинграда встретить прах Бехтерева собралось множество людей. Здесь были делегации общественных, медицинских — и научных организаций, врачи, преподаватели, студенты, бывшие пациенты покойного. Многотысячное траурное шествие проследовало по Невскому проспекту, через Троицкий мост, на Петроградскую сторону. Перед зданием Государственного института мозга, которое не в состоянии было вместить огромную толпу провожающих, состоялся грандиозный траурный митинг. От Академии наук выступал академик С. Ф. Ольденбург, от Военно-медицинской академии ее начальник профессор В. П. Воячек, от Психоневрологической академии профессор А. В. Гервер, от Института мозга профессор Л. Л. Васильев.

Урну с прахом Бехтерева установили в созданном еще в 1925 году музее Бехтерева при Институте по изучению мозга и психической деятельности. Урна долгое время хранилась в специальном стеклянном патроне, вмонтированном в пьедестал бюста Бехтерева, выполненного вскоре после его смерти крупным советским скульптором Манизером.

Некрологи, воспоминания о Бехтереве, мысли о нем поместили тогда все газеты и множество журналов. Под ними стояли подчас подписи выдающихся деятелей Советского государства и крупнейших ученых. В их числе — М. И. Калинин и А. В. Луначарский, нарком здравоохранения H. `A. Семашко, академики С. Ф. Ольденбург, А. Е. Ферсман, А. А. Ухтомский.