Sau một cơn đau tim đột ngột, mặc dù được Ban Trị sự Tổng Liên hội Hội thánh Tin lành Việt Nam (miền nam), ủy ban Mặt trận Tổ quốc Việt Nam thành phố Hồ Chí Minh cùng các giáo
sư, bác sĩ, nhân viên Bệnh viện 115 thành phố Hồ Chí Minh và gia đình hết lòng chăm sóc cứu chữa, nhưng vì bệnh hiểm nghèo, Mục sư Phạm Xuân Thiều, Hội trưởng Hội thánh Tin lành Việt Nam (miền nam) đã qua đời vào hồi 20 giờ 30 phút ngày 24-6-2002 tại tư thất Hội trưởng, số 30 đường Hồ Hảo Hớn, phường Cô Giang, quận 1, thành phố Hồ Chí Minh, hưởng thọ 60 tuổi.