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。”
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。我死之后，当为我削发，披穿缁衣，依照僧道例殓葬即可。”
时为天禧元年九月十日。真宗临丧哀恸，为其辍朝三日，诏令京城内十日不举乐。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。
