Mayıs 2020’de bu defa beyin sapında tümör saptanan Yılmaz, gerçekleştirilen ameliyat sonrası tedavi görüyordu.
Cumhurbaşkanlığı Sözcüsü İbrahim Kalın, Yılmaz'ın ölümüyle ilgili baş sağlığı mesajı yayınladı. Kalın mesajında şunları ifade etti:
"Eski Başbakan ve Anavatan Partisi eski Genel Başkanı Mesut Yılmaz'ın vefatını büyük bir üzüntü ile öğrenmiş bulunmaktayım. Merhuma Allah'tan rahmet, değerli ailesine ve Türk milletine baş sağlığı diliyorum."
