พระธรรมเจดีย์ (จูม พนฺธุโล) เริ่มอาพาธมาตั้งแต่ปี พ.ศ. ๒๕๐๔ จนถึงเดือน มีนาคม พ.ศ. ๒๕๐๕ คณะแพทย์โรงพยาบาลศิริราชได้ถวายการรักษา โดยการผ่าตัดก้อนนิ่วออก รักษาจนหายเป็นปกติแล้วเดินทางกลับวัดโพธิสมภรณ์ จังหวัดอุดรธานี ต่อมาปลายเดือนพฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๐๕ ท่านเริ่มอาพาธอีก คณะแพทย์ซึ่งมี ศาสตราจารย์ นพ.อวย เกตุสิงห์ เป็นประธานได้นิมนต์ท่านเข้ารับการรักษาที่โรงพยาบาลศิริราช ท่านเดินทางเข้ากรุงเทพฯ เมื่อวันที่ ๑๑ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๐๕ โดยมีพระอาจารย์มหาบัว ญาณสมฺปนฺโน ร่วมเดินทางไปด้วย

     ศาสตราจารย์ นายแพทย์อวย เกตุสิงห์ ได้ถวายการรักษาด้วยการผ่าตัด ถุงน้ำดีมีก้อนนิ่ว ๑๑ เม็ด อาการดีขึ้นเพียง ๓ วัน ต่อจากนั้นอาการก็ทรุดลง ต้องให้ออกซิเจนและน้ำเกลือ วันที่ ๙ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๐๕ พระธรรมเจดีย์ก็ถูกเวทนาอันแรงกล้า ครอบงำ แต่ท่านก็มิได้แสดงอาการใด ๆ ให้ปรากฏ จนกระทั่งวันที่ ๑๑ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๐๕ พระธรรมเจดีย์ก็ถึงแก่มรณภาพด้วยอาการอันสงบ เมื่อเวลา ๑๕.๒๗ น. ณ โรงพยาบาลศิริราช สิริอายุได้ ๗๔ ปี ๒ เดือน ๑๕ วัน พรรษา ๕๕