Début juin 1660, comme maréchal du palais, il avait dû s’activer aux préparatifs de la rencontre entre Philippe IV et Louis XIV en vue du mariage de ce dernier avec l’infante Marie-Thérèse, quelques jours plus tard. Organiser les logements du roi d'Espagne et de sa suite à Fontarrabie, décorer le pavillon de la Conférence sur l'île des Faisans, où était organisée la rencontre, dut l’épuiser. A son retour à Madrid, il tomba gravement malade et mourut quelques jours plus tard.
Le lendemain, avec tous les honneurs dus à son rang et à ses divers titres, il fut inhumé l’église Saint-Jean-Baptiste de Madrid dans un luxueux cercueil.
Construite vers, ou en, 1202, l’église disparut, entre 1810 et 1811, sur ordre de Joseph Bonaparte qui souhaitait valoriser la façade du palais royal qu’il occupait, et créer une grande avenue rejoignant la Puerta del Sol. Si ce projet d'urbanisme n’aboutit pas dans sa totalité, il ne reste rien de l’église dont l’emplacement est occupé par la Plaza de Ramales sur laquelle se dresse une colonne à la mémoire de Vélasquez. Quand on réalisa que la tombe du célèbre peintre avait disparu en même temps que l’édifice, il était trop tard. En 1999, des fouilles archéologiques furent effectuées mettant au jour deux momies qui pourraient être celles de Vélasquez et de son épouse, Juana, morte huit jours après lui. Mais, jusqu’à maintenant, les scientifiques n’ayant rien pu certifier, le mystère demeure.