از [[خرداد]] ۱۳۸۱ بیماری‌اش شدت گرفت و بستری شد. اما پزشکان کاری از دستشان برنیامد تا آنکه او را از دی ماه ۱۳۸۲به [[آلمان]] فرستادند. به گفته [[سعید حجاریان|حجاریان]]، پزشکان آلمانی تشخیص داده بودند که بیماری او ناشی از مسمومیت شیمیایی حاصل از گازهایی است که در جنگ به کار رفته بود آنها نوع گازهای شیمیایی را هم مشخص کرده بودند.
سرانجام داود کریمی در سحرگاه شانزدهم شهریورماه ۱۳۸۳ بر اثر جراحات ریوی ناشی از آثار مواد شیمیایی درگذشت. پس از مرگ [[سید حسن خمینی]] بر جنازه وی نماز خواند، [[سید علی خامنه‌ای]]، [[ اکبر هاشمی رفسنجانی]]، [[ حسینعلی منتظری]]، [[سید محمد خاتمی]]، [[محسن رضایی]] و [[رحیم صفوی]] و .دیگر . .مقامات اطلاعیه صادر کردند، تمامی مقامات با فرستادن نماینده در مراسم شرکت جستند و روزنامه‌ها با کلمات و جملات حماسی از وی یاد کردند. در مراسم تشییع وی از یک طرف انصار حزب‌الله و از سوی دیگر اصلاح‌طلبان فعال بودند و [[احمد منتظری]] فرزند [[آیت الله منتظری]] به نمایندگی از ایشان،او، اکثر [[ملی مذهبی]]ها، سعید حجاریان با وجود ضعف شدید جسمی، [[عمادالدین باقی]]، [[اکبر خوش‌کوشک]]، [[علی یونسی]] وزیر اطلاعات، [[دری نجف‌آبادی]] و دیگران شرکت داشتند که بسیار جالب توجه بود.
