آرمسترانگ درهفتم آگوست سال 2012 تحت جراحی قلب قرار گرفت و در 25 آگوست 2012 به دلیل عوارض ناشی از این جراحی، چشم از جهان فرو‌بست. خانواده وی درپی مرگش، بیانیه‌ای منتشر کردند که در آن به شکلی جالب از هواداران آرمسترانگ خواسته‌اند که به وی ادای احترام کنند.
در بخشی از بیانیه آمده‌است: ما برای کسانی که می‌پرسند چگونه می‌توانند به نیل ادای احترام کنند، درخواست ساده‌ای داریم. به خدمات و موفقیت‌ها و فروتنی او ادای احترام کنید و دفعه دیگر که شب‌هنگام در خارج از خانه ماه در حال لبخند زدن به شما بود، به نیل آرمسترانگ فکر کنید و برایش به سوی ماه یک چشمک بفرستید.
براساس درخواست «نیل آرمسترانگ»، پیکر نخستین مسافر ماه در دریا دفن شد. تصمیم به دریا سپردن «آرمسترانگ» برگرفته از برنامه ای بود که در سال 1969 میلادی تعیین شد تا درصورتی که این دو فضانورد،آرمسترانگ و آلدرین،نتوانستند خود را از سطح ماه به زمین برسانند، رئیس جمهور وقت آمریکا طی اطلاعیه‌ای خبر باقی ماندن این دو فضانورد بر روی ماه را اعلام کرده و مراسم بزرگداشتی برای آنها در دریا برگزار شود.
دو فضانورد در نهایت با موفقیت به زمین بازگشتند، و پس از گذشت 43 سال از این برنامه،آرمسترانگ پس از مرگش، در تاریخ 14 سپتامبر بر روی زمین به دریا سپرده شد.