Mayıs 2020’de bu defa beyin sapında tümör saptanan Yılmaz, gerçekleştirilen ameliyat sonrası tedavi görüyordu.
Yılmaz’ın tedavi gördüğü hastanenin başhekimi Uzm. Dr. Özgür Şamilgil, yaptığı yazılı açıklamada şunları kaydetti:
“Hepimizin bildiği gibi Türkiye Cumhuriyeti eski başbakanlarından Sayın Ahmet Mesut Yılmaz, yaklaşık 2 yıldır akciğer kanseri ve sonrasında gelişen tıbbi durumlar nedeniyle sürdürdüğü mücadelesine bugün itibarıyla yenik düşmüş ve Hakk’ın rahmetine kavuşmuştur. Kederli ailesine ve sevenlerine sabır dileriz, Türk milletinin başı sağ olsun.”
Sağlık Bakanı Fahrettin Koca da bir açıklama yayımlayarak, “Bir süredir tedavi gören ve durumunu yakından takip ettiğimiz Eski Başbakanlarımızdan Sayın Mesut Yılmaz’ı kaybettik. Kendisine Allah’tan rahmet, sevenlerine ve ailesine başsağlığı diliyorum” ifadelerini kullandı.
Mesut Yılmaz’ın kardeşi Turgut Yılmaz, cenaze töreninin Pazar günü saat 12.00’de Marmara İlahiyat Camii’nde gerçekleştirileceğini açıkladı.