Pada bulan Jun 2011, Hagman mengatakan bahawa beliau menghidap barah tekak tahap 2. [9] Hagman mempunyai tumor berukuran biji yang dikeluarkan dari lidahnya pada tahun 2011. Pada bulan Julai 2012, doktor mendiagnosis Hagman dengan sindrom myelodysplastic (sebelumnya dikenali sebagai preleukemia).

Hagman meninggal dunia pada 23 November 2012, di Medical City Dallas Hospital di Dallas berikutan komplikasi dari leukemia myeloid akut, setelah diwawancara untuk dokumentari National Geographic, The '80s: The Decade that Made Us, yang ditayangkan pada April 2013. [36] Dalam satu kenyataan kepada Dallas Morning News, keluarga Hagman mengatakan: "Keluarga dan rakan-rakan rapat Larry telah menemaninya di Dallas untuk cuti Thanksgiving. Beliau meninggal dunia disamping orang yang disayangi. Itu adalah jalan damai, seperti yang beliau harapkan. " [37] [38] The New York Times menggambarkannya sebagai "salah satu penjahat televisyen yang paling disayangi". [39]