章武三年公元二二三年，春季正月，黄忠自从护驾驻守白帝城以后，由于忧国恨敌，感政伤时，染病不起。这时，汉帝刘备因为关羽身亡，汉室残破，中兴大业功败垂成，心情在双重失败的打击下特别沉痛，小疾引发大病，情势日渐严重，勉强处理日常军政大事。
二月，丞相诸葛亮抵达永安，看望刘备。
三月，黄忠听说汉帝刘备病情严重，医药不见效果，心情更加沉重，他强支病体骑马赶到永安宫看望主公，向他表达臣下的心意。刘备开始安排后事，命令丞相诸葛亮辅佐太子刘禅，以尚书令李严为诸葛亮的副手，刘备对诸葛亮说：“你的才能胜过曹丕十倍，一定能够安定国家完成大业，如果刘禅还值得辅佐，就辅佐他，如果他没有才德，你可以取代他。”诸葛亮留着眼泪说：“臣下怎敢不竭尽全力辅佐太子，忠贞不移地报国效命，至死不渝。”刘备又给太子下诏令：人活到五十而死不算是夭折，我已经活了六十多了，还有什么遗憾呢？只是牵挂你们兄弟，要奋力，再奋力呀，不要因为坏事很小就去做，也不要因为好事很小而不去做，只有贤明与德行才能令别人佩服。你父亲我德行浅薄，不值得你们效法，你与丞相一同处理政务，应像对待父亲一样对待他。
黄忠亲眼看到刘备病情危急，他的心情更加忧虑，回到白帝城以后，病情日益严重。诸葛亮来看望黄忠，黄忠说：“在下辜负了皇上的期望，东征大军中了东吴的鬼计，没有成功，真是令人悲愤。当年西攻巴蜀，击败张任、冷苞、刘璝；北取汉中大败张郃、徐晃、击斩夏侯渊，成绩何等辉煌！而这次东征没有取得战果，回想起来，实在令人悲痛。”诸葛亮感叹地说：“法孝直如果在世，就能说服主上，使他不东向出师，即使东向出师，也一定不会这样失败啊！”
李严也来看望黄忠，他握着黄忠的手，脸上充满忧伤，不禁潸然泪下。黄忠说：“你的仕途还很长远，要保护好太子，跟随丞相北伐曹魏，统一全国，光复南阳，到了成功那一天，请你到我墓前告慰一声，让黄某也能分享成功的喜悦，从而含笑九泉。”
刘备听说黄忠病危旦夕，强支病体，御驾亲来观看，他说：“前封四位上将，现在只剩下黄汉升一个将军了，只可惜你的病情这样严重，朕心情更加悲伤啊。”黄忠慨然说道：“黄忠夲是一员武将，幸而遇见陛下，给予重任，随从克定巴蜀，立功汉室。臣年近六旬，寿限已经很高了，唯有一点遗憾，就是不能看到汉室中兴那一天了。望陛下善保龙体，统领千军万马，一统中原，兴复汉室。”
当夜，黄忠病逝于白帝城军营之中。后人有诗叹曰：
汉将有黄忠，收川立大功。重披金锁甲，双挽铁雕弓。胆气惊河北，威名镇蜀中，临亡念汉室，犹自显英雄。
刘备在永安宫，听到黄忠因病去世，心中哀伤不已，敕具棺椁，将他葬于成都。
黄忠的儿子黄叙早已病死，收养家侄为继子，安家长居荆州，荆州被东吴占领以后，家属隔断往来。黄忠的故乡南阳宛城，属于曹魏版图。所以黄忠在蜀汉没有后代。蜀汉朝廷为黄忠立碑建祠。黄忠的棺椁外观是桥的形状，这是因为黄忠的家乡在南阳，而他葬身成都，不能落叶归根，这是令人非常遗憾的事情，为了让他安息长眠，蜀汉治丧官员根据汉帝刘备的特意安排，把黄忠的棺椁制成桥型，象一座挢，让他九泉之下，越过重山远水，魂归故土。这是刘备对这位部将的关怀，是对他英灵的告慰，是对后世统一汉朝的期望。
夏季四月癸巳日，汉帝刘备在永安病逝，谥号为昭烈皇帝，丞相诸葛亮护送灵柩返回成都，任用李严为中都护，留下镇守永安。
五月，太子刘禅即皇帝位，时年十七岁。尊皇后为皇太后，大赦天下，改年号为建兴，封丞相诸葛亮为武乡候，兼任益州牧，政事无论大小，都由诸葛亮代理裁决。
蜀汉后主刘禅于景耀三年追谥黄忠为刚侯。射声校尉杨戏著《季汉辅臣赞》有《赞黄汉升》赞曰：
将军敦壮，摧锋登难，立功立事，于时之干。
赞文大意是：将军敦厚雄壮，无坚不摧，无难不克，建功立业，为当时擎天一柱。
史学家陈寿著《三国志》他在《蜀书黄忠传》评论说：黄忠、赵云两人，强壮勇猛，同为刘备的部将，他们就像汉高祖刘邦手下的灌婴，夏侯婴这类将领。
黄忠青年时期，虽然有一身武功，满腹才略，在当时却没有遇到一展身手的风云战场，这是由于一直没有遇见雄才大略的主公。他在荆州时期，先后跟从州牧郡守，投身战场，但是这些州牧郡守如王叡、张咨、刘表、黄祖都缺乏像刘备那样的雄心壮志，先后在风云变幻中丧生败落，他们属下的将士自然随着失败，一切功名都随风消散。因此黄忠在这段时期沉默少闻，只有片言只语，名声隐在历史的云烟，所以黄忠在刘备平定江南以前，名不见显。只是在跟随刘备以后他才扬名天下，光照史册。他投奔刘备，终于选择了一位英明之主。在英雄分争风云际会的时代，一个将领不仅要有非凡出色的武艺，还要有高瞻远瞩的目光，选择投奔明主。所幸黄忠最终找到了英明之主，使自己的才干得到发挥，为统一全国中兴汉室立下大功，受到历代人们的敬佩和怀念。黄忠跟随刘备，创建蜀汉政权，忠君报国的名声，超过曹操和孙权两个阵营中的将士。比起那些帮助分裂国家，扰乱百姓的军阀和将领，他们往往黯然失色，遗落在历史的尘埃中。
关于黄忠的才武方面，综合他一生征战的历史，可以看出，他只是长于军事才略而不善于管理民政。他在刘表手下时间较长，长期担任中郎将，一直是武职军衔，他跟随刘备以后，也没有当过郡守县令。刘备的其他将领，担任州牧郡守的人很多，比如关羽曾任下邳太守，董督荆州事，张飞担任巴西太守，马超担任凉州刺史，赵云担任桂阳太守，魏延担任汉中太守，法正担任蜀郡太守，这些情况表明黄忠的才识只在军事方面，而不在民政方面。识人善任的刘备看到了这一点，没有让他担任太守，只在军事方面充分发挥他的才干。黄忠一生追随刘备兴复汉室的光辉事业，是率军作战，开创蜀汉基业。主要战役是西攻刘璋，北伐曹操，东征孙权。内安百姓，外抗强敌。历经雒阳之战，汉中之战，夷陵之战，立下卓越功勋，光照蜀汉战史。在这些战役里，他运筹帷幄，稳操胜券，临阵杀敌，身先士卒，使全军锐气倍增，能一举击败敌军，堪称将士楷模，一代仪表。他在历次战役中，善于独立指挥作战，所到之处，攻城略地，招降纳叛。圆满完成刘备下达的作战任务。他在局部战场上，服从主将的统一指挥，全力配合友邻部队冲锋陷阵，克敌制胜，充分保障整体战场的胜利。从这些战役发展的情况可以断定：黄忠是堪称一级的军事家，他可以和辅佐刘邦创立西汉的韩信，辅佐刘秀创立东汉的邓禹相提并论。黄忠辅佐刘备创立蜀汉，闪耀当时，光映后世。他忠君报国，治军爱民，是正义的事业，是仁政的光芒，所以受到历代人们的爱戴颂扬，达到了名贯历代全国，家喻户晓众所周知的程度，这一点，黄忠已经超过了韩信和邓禹。