Последним фильмом с участием Мордюковой стала лента ее астрологического однокомандника Петуха – режиссера С. Сычева (28 мая 1945 года, Близнецы-Петух) – под названием «Отчий дом». В нем актриса сыграла небольшую роль своей ровесницы бабы Аграфены.

В последние годы Мордюкова сильно болела и периодически ложилась в больницу. Так, в апреле 2004 года она оказалась в Институте имени Склифосовского, где ей поставили диагноз – тромбоз артерии. Однако там Мордюкова не долечилась и уехала домой раньше времени. Но спустя несколько дней поплатилась за это – у нее случился инфаркт, и актриса угодила в реанимацию 51-й больницы. Там у нее началось внутреннее кровотечение, и ее в тот же день перевели в Центральную клиническую больницу («кремлевка»), где врачи сумели стабилизировать ее состояние. Подлечившись, Мордюкова выписалась домой. Однако ее злоключения на этом не закончились.

В ноябре 2006 года Мордюкову сразил инсульт и она вновь оказалась в ЦКБ. С этого момента больничные покои стали для актрисы почти вторым домом – она стала попадать туда часто. Сама актриса понимала, что дни ее уже сочтены. Однако после этого она прожила почти полтора года. И за это время успела помириться со своим первым мужем Вячеславом Тихоновым. Об этом она рассказала в своем интервью «Комсомольской правде» (номер от 26 апреля 2008 года, авторы – Л. Гамова, А. Гамов):

«Он первый про меня по телевизору – фильм назывался «Все о тебе», то есть о Мордюковой, – сказал: «Нонна, я виноват, что перепутал твою жизнь. Прости… Я хорошо к тебе отношусь, и все пустяки». Я довольна была, что он сказал такое. Поэтому взяла и ему позвонила… Из больницы. Говорю: «Славочка, дорогой, я тебя очень уважаю и посылаю тебе большой привет и спасибо, что ты вспомнил обо мне. Я тоже твою жизнь запутала, дорогой, не обращай внимания на то, что было, – что было, то уплыло. Все равно ты был первым, ты и последним остался для меня». Поздравила, что родилась у него двойня – внуки его. Давно, правда. Все как-то по-теплому говорили. И сказала еще: «Очень целую тебя в щечку». Он говорит: «Спасибо». Я: «Спасибо, Славочка, и тебе тоже»…

Развелись мы в 1963 году. И все эти годы – 45 лет – ни разу друг с дружкой не поговорили…

Я каждый день о нем вспоминаю. Как мы учились, как впервые на свидание пошли. Воспоминания… От них никуда не денешься. Все это меня согревает. Потому что это детство и юность. Все же у нас со Славой была семья. Больше у меня уже не состоялось семьи. Я каждый день его вспоминаю и благодарю в душе.

А потом я ему еще написала письмецо. Маленькое такое: «Слава, была очередь большая, никак не соединяли с тобой. Так я решила написать… Что было, то было, а осталось только хорошее. А плохое не хочется вспоминать, оно у каждого бывает…»

Спустя два с половиной месяца после публикации этого интервью – 6 июля – Нонна Мордюкова скончалась. Причем приближение смерти она почувствовала заранее. И в марте 2008 года попросила свою родную сестру Наталью отвезти ее на Кунцевское кладбище к сыну – Владимиру Тихонову, который ушел из жизни в 90-м году. Спустя несколько дней после этой поездки Мордюкова вновь легла в ЦКБ. В апреле ее выписали домой, но уже в следующем месяце – 23 мая – ей снова стало плохо и она снова угодила в «кремлевку» с диагнозом «деменция». И живой оттуда уже не вышла.

В начале июля ее состояние резко ухудшилось. Врачи собрали консилиум, на котором было принято решение перевести актрису в реанимацию психосоматического отделения. Там ей вроде бы стало полегче. За несколько часов до смерти, в воскресенье, 6 июля, она даже разговаривала с сестрой по телефону. Но затем у нее внезапно резко подскочило давление. И тем же вечером великая актриса скончалась на руках у сиделки, которая круглосуточно находилась при ней уже несколько дней.