备极哀荣
王旦病重后，真宗派内侍探望一天有时达三四次，真宗亲手和药，并同山药粥赐给他。王旦自知时日无多，于是请好友杨亿撰写遗表。他其后说：“辱为宰相辅臣，不能用将尽之言，替宗族亲戚求取官职；只叙述生平遭遇，希望每天亲自处理各种重要政务，进用贤士，稍减忧劳之心。”又告诫子弟：“我家盛名清德，应致力于俭朴，保守门风，不许太奢侈，不要厚葬把黄金财宝放入棺柩中。”遗表呈上后，真宗为之感叹，便前往王旦的府第，赐银五千两。
王旦上奏辞谢，稿子末尾自加四句说：“更加害怕多藏财物，况且没有什么用处，现在想要散发施予，以平息罪责祸害。”马上让人抬他到宫内小门，真宗下诏不准。回到家门时，王旦已经逝世，享年六十一岁。临终时，王旦对其子说：“我一生别无过失，只有不劝谏天书一事，是我的过错无法赎回。我死后，可为我削发，披穿缁衣，依照僧道例殓葬即可。”时为天禧元年九月十日（1017年10月2日）。
真宗临丧哀恸，为其辍朝三日，诏令京城内十日不举乐。追赠王旦为太师、尚书令、魏国公，谥号文正。录其子、弟、侄、外孙、门客、常从十余人授官，丧期满后诸子又各进一官。又另外停留为王旦发丧哀悼。数日后，张旻（张耆）前往镇守河阳，按照成例应饮酒饯行，因王旦逝世的原因，没有举行宴乐。不久后，真宗取来王旦于奏稿后自加的四句话，看后流泪许久。
乾兴元年（1022年），宋仁宗即位，王旦与李沆、李继隆一同配享真宗庙庭。
至和二年（1055年），王旦之子王素奏请为王旦立墓碑，仁宗命史馆修撰欧阳修撰写碑文，并御书“全德元老”碑额。
元丰二年（1079年），湖州知府苏轼受王旦之孙王巩之请，为王家厅堂撰写《三槐堂铭》。
宝庆二年（1226年），宋理宗图二十四功臣神像于昭勋阁，王旦位列其中。
