ถือเป็นการสูญเสียครั้งยิ่งใหญ่ของประชาชนชาวไทย วันที่ 13 ตุลาคม 2559 สำนักพระราชวังออกประกาศ เรื่องพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช มหิตลาธิเบศรามาธิบดี จักรีนฤบดินทร สยามมินทราธิราช บรมนาถบพิตร สวรรคต หลังจากเสด็จพระราชดำเนินไปประทับรักษาพระอาการประชวร ณ โรงพยาบาล ตั้งแต่วันศุกร์ที่ 3 ตุลาคม 2559 ตามที่สำนักพระราชวังแถลงให้ทราบเป็นระยะแล้วนั้น แม้คณะแพทย์ได้ถวายการรักษาอย่างใกล้ชิดจนสุดความสามารถ แต่พระอาการประชวรหาคลายไม่ ได้ทรุดหนักลงตามลำดับ ถึงวันพฤหัสบดีที่ 13 ตุลาคม 2559 เวลา 15.52 น. เสด็จสวรรต ณ โรงพยาบาลศิริราช ด้วยพระอาการสงบ สิริพระชนมพรรษาปีที่ 89 ทรงครองราชย์สมบัติได้ 70 ปี
หลังจากสำนักพระราชวังประกาศอย่างเป็นทางการ พล.อ. ประยุทธ์ จันทร์โอชา นายกรัฐมนตรีและหัวหน้าคณะรักษาความสงบแห่งชาติ (คสช.) ออกแถลงการณ์ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ สวรรคตแล้ว รัฐบาลมีภารกิจสำคัญที่ต้องดำเนินการต่อไป 2 ประการ คือ การดำเนินการให้เป็นไปตามรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทย และตามกฎมณเฑียรบาลว่าด้วยการสืบราชสันตติวงศ์ พ.ศ. 2467 ตลอดจนตามพระราชประเพณีในส่วนของการสืบราชสันตติวงศ์ ซึ่งสอดคล้องกับการปกครองในระบอบประชาธิปไตย อันมีพระมหากษัตริย์ทรงเป็นประมุข ให้ดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่อง รัฐบาลจะแจ้งไปยังสภานิติบัญญัติแห่งชาติ (สนช.) ว่า พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อม สถาปนาพระรัชทายาทตามกฎมณเฑียรบาลไว้แล้วเมื่อวันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2515 รัฐบาลขอเชิญชวนให้พี่น้องประชาชนคนไทยทุกท่านแต่งกายถวายความอาลัยเป็นเวลา 1 ปี สถานที่ราชการลดธงครึ่งเสา เป็นเวลา 30 วัน และทุกภาคส่วน ควรพิจารณางดการจัดงานรื่นเริงต่างๆ เป็นเวลา 30 วัน
เวลา 21.40 น. พล.อ. ประยุทธ์ ให้สัมภาษณ์ว่า “ช่วงหัวค่ำของวันนี้ ผมได้เข้าเฝ้าสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร ทรงรับสั่งไว้ว่า ท่านทรงรับพระราชทานเป็นองค์รัชทายาทอยู่แล้วในปัจจุบัน แต่ท่านทรงขอเวลาทำพระทัยและแสดงความเสียพระทัยร่วมกับประชาชนทั้งประเทศไปก่อนในระยะเวลานี้ และท่านขอเวลา สำหรับกระบวนการของกฎหมายในการอันเชิญขึ้นสืบราชสมบัตินั้นให้รอเวลาที่เหมาะสม โดยหลังจากที่พระองค์ทรงทำพระทัยแสดงความเสียใจร่วมกับประชาชนและทรงนึกถึงพระราชบิดา เมื่อถึงเวลาอันเหมาะสมทรงยืนยันว่า ทรงตระหนักในหน้าที่องค์รัชทายาท ในส่วนของพระราชกรณียกิจต่างๆ ทรงปฏิบัติต่อไปในฐานะสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร หวังว่าทุกคนคงเข้าใจและไม่ทำให้ทุกอย่างวุ่นวาย นอกจากนี้ รัฐบาลมีภารกิจที่จะต้องจัดการเตรียมงานพระบรมศพให้สมพระเกียรติยศ และสมกับความจงรักภักดีของประชาชนชาวไทยที่มีต่อพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศ
ช่วงเช้าของวันที่ 14 ตุลาคม 2559 สำนักพระราชวังเปิดให้พสกนิกรชาวไทยถวายน้ำสรงพระบรมศพพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช มหิตลาธิเบศรามาธิบดี จักรีนฤบดินทร สยามมินทราธิราช บรมนาถบพิตร เบื้องหน้าพระบรมฉายาลักษณ์ ซึ่งประดิษฐาน ณ ศาลาสหทัยสมาคม ในพระบรมมหาราชวัง ตั้งแต่ 8.30-14.00 น. โดยผู้ที่จะเข้ามาในพระบรมมหาราชวังต้องแต่งกายสุภาพ ผู้ชายใส่กางเกงขายาวสีขาวหรือสีดำเท่านั้น ห้ามสวมเสื้อแขนกุดและรองเท้าแตะ ส่วนผู้หญิง ห้ามสวมเสื้อแขนกุด กางเกง กระโปรงสั้น และรองเท้าแตะ รวมทั้งห้ามถ่ายรูปในบริเวณพระราชพิธี
ส่วนที่หน้าโรงพยาบาลศิริราช ช่วงเช้ามีประชาชนทยอยเดินทางมาจับจองที่นั่ง บริเวณข้างทางเพื่อรอรับเสด็จสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร เนื่องจากจะมีการอัญเชิญพระบรมศพพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศ ออกจากโรงพยาบาลศิริราชสู่พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาท ในพระบรมมหาราชวัง
13.00 น. เจ้าหน้าที่ตำรวจและทหารเริ่มเคลียร์เส้นทางการจราจรและรักษาความปลอดภัย
15.38 น. สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร พร้อมด้วยพระบรมวงศานุวงศ์ เสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์พระที่นั่ง จากพระที่นั่งอัมพรสถาน พระราชวังดุสิต ไปยังอาคารเฉลิมพระเกียรติ ชั้น 16 โรงพยาบาลศิริราช โดยมีพสกนิกรชาวไทยนับแสนคนรอรับเสด็จ ตลอดเส้นทางการอัญเชิญพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศออกจากโรงพยาบาลศิริราช ทางประตู 8 เสด็จพระราชดำเนินผ่านถนนอรุณอมรินทร์ เลี้ยวขวาขึ้นสะพานสมเด็จพระปิ่นเกล้า ตรงไปเข้าถนนหน้าพระลาน เข้าประตูวิเศษไชยศรีสู่พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาทในพระบรมมหาราชวัง
16.35 น. ขบวนรถอัญเชิญพระบรมศพพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศ ซึ่งเป็นรถตู้สีบรอนซ์แถบฟ้า เลขทะเบียน 1 ด 0929 เปิดไฟสัญญาณฉุกเฉินบนหลังคา เคลื่อนออกจากอาคารเฉลิมพระเกียรติ ออกจากโรงพยาบาลศิริราชที่ประตู 8 สู่ถนนวังหลัง พร้อมกันนั้น สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร เสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์
16.54 น. พระบรมศพพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวในพระบรมโกศ เคลื่อนมาถึงพระบรมมหาราชวัง และเข้าทางประตูวิเศษไชยศรี ประชาชนที่เฝ้ารอบริเวณนั้นล้วนอยู่ในห้วงอารมณ์โศกเศร้า ร่ำไห้ เมื่อได้ยินเสียงสัญญาณอันบอกว่ารถอัญเชิญพระบรมศพใกล้เข้ามา และยิ่งกลั้นน้ำตาไว้ไม่อยู่เมื่อเห็นรถอัญเชิญพระบรมศพเคลื่อนผ่าน
17.00 น. สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร เสด็จฯ พร้อมด้วยพระบรมวงศานุวงศ์ ในการพระราชพิธีถวายสรงน้ำพระบรมศพ ณ พระที่นั่งพิมานรัตยา ก่อนจะเป็นพระราชพิธีทรงบำเพ็ญพระราชกุศลสวดพระอภิธรรมพระบรมศพ ณ พระที่นั่งดุสิตมหาปราสาท ในพระบรมมหาราชวัง
19.35 น. สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชฯ สยามมกุฎราชกุมาร เสด็จพระราชดำเนินกลับ
นอกจากนี้ ยังมีผู้นำจากหลายประเทศทั่วโลกร่วมถวายความอาลัย ไม่ว่าจะเป็นนายบารัก โอบามา ประธานาธิบดีของสหรัฐอเมริกา, นายวลาดีมีร์ ปูติน ประธานาธิบดีของรัสเซีย, นายชินโซ อะเบะ นายกรัฐมนตรีของญี่ปุ่น, นายนเรนทระ โมที นายกรัฐมนตรีของอินเดีย, นายฟรองซัว ออล็องด์ ประธานาธิบดีของฝรั่งเศส, สมเด็จพระราชาธิบดีวิลเลิม-อเล็กซานเดอร์ แห่งเนเธอร์แลนด์, นางอังเกลา แมร์เคิล นายกรัฐมนตรีของเยอรมนี, นายสเตฟาน เลิฟเวน นายกรัฐมนตรีของสวีเดน, นายแมลคัม เทิร์นบุลล์ นายกรัฐมนตรีของออสเตรเลีย, นายจอห์น คีย์ ประธานาธีบดีของนิวซีแลนด์, นายนาจิบ ราซะก์ นายกรัฐมนตรีของมาเลเซีย, นายโจโก วีโดโด ประธานาธิบดีของอินโดนีเซีย และนายโทนี ตัน เค็ง ยัม ประธานาธิบดีของสิงคโปร์ เป็นต้น
ขณะที่สมเด็จพระราชินีนาถเอลิซาเบธที่ 2 แห่งสหราชอาณาจักร ทรงส่งสาส์นแสดงความอาลัย เป็นการส่วนพระองค์ถึงสมเด็จพระนางเจ้าสิริกิติ์ พระบรมราชินีนาถ และสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิราลงกรณ สยามมกุฎราชกุมารสมเด็จพระราชาธิบดีจิกมี เคเซอร์ นัมเกล วังชุก แห่งภูฏาน ทรงโพสต์ข้อความอาลัยผ่านเฟซบุ๊กว่า “พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดชฯ ถือเป็นผู้นำที่หาที่เปรียบมิได้และจะคงอยู่ในดวงใจของประชาชนคนไทยทุกคน พระราชกรณียกิจที่ทรงกระทำอย่างไม่ย่อท้อ เพื่อความเป็นอยู่ที่ดีของประชาชนของพระองค์ จะถูกจดจำด้วยเกียรติและความเคารพอย่างสูงสุด”
ส่วนพสกนิกรชาวไทยในต่างแดนหลายประเทศ จัดพิธีถวายความอาลัย เพื่อน้อมรำลึกถึงพระมหากรุณาธิคุณของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ในพระบรมโกศ เริ่มจากที่หน้าโรงพยาบาลเมาต์ออเบิร์น เมืองเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ ประเทศสหรัฐอเมริกา พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ 9 พระราชสมภพที่นี่เมื่อวันที่ 5 ธันวาคม 2470 มีพสกนิกรชาวไทยในบอสตันถวายดอกไม้แสดงความอาลัย ณ จัตุรัสภูมิพลอดุลยเดช (King Bhumibol Adulyadej of Thailand Square)
เดิมทีจัตุรัสแห่งนี้เป็นป้ายไม้เล็กๆ ซึ่งสังเกตได้ยาก และบางคนไม่รู้ว่ามีความสำคัญอย่างไร ชาวไทยที่อาศัยอยู่ในบอสตันและเคมบริดจ์จึงได้จัดตั้งมูลนิธิ “King of Thailand Birthplace Foundation” และได้รวบรวมเงินทุนเพื่อปรับปรุงจัตุรัสให้กว้างขวาง สวยงามสมพระเกียรติ
หลังจากทราบข่าวการเสด็จสวรรคตของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวภูมิพลอดุลยเดชฯ เมื่อวันที่ 13 ตุลาคม พ.ศ. 2559 โรงพยาบาลเมาต์ออเบิร์น ที่เมืองบอสตัน สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นสถานที่ประสูติของพระองค์ ได้นำพระบรมฉายาลักษณ์จากชั้น 5 ที่ประสูติ ลงมาข้างล่างเพื่อให้ชาวไทยและชาวอเมริกาถวายความอาลัย ซึ่งทางโรงพยาบาลได้ลดธงชาติสหรัฐฯ ลงมาครึ่งเสาด้วย