La delicada salud de Domingo empezó a debilitarse y en 1857, fue enviado a Mondonio para cambiar de aire. Los médicos diagnosticaron que padecía de una inflamación en los pulmones y decidieron sangrarlo, según se acostumbraba en aquella época. El tratamiento no hizo más que precipitar el desenlace. Domingo recibió los últimos sacramentos y, al anochecer del 9 de marzo, rogó a su padre que recitara las oraciones por los agonizantes. Ya hacia el fin, trató de incorporarse y murmuró: "Adiós, papá ... El padre me dijo una cosa ... pero no puedo recordarla… " Súbitamente su rostro se transfiguró con una sonrisa de gozo, y exclamó: "¡Estoy viendo cosas maravillosas!" Esas fueron sus últimas palabras.
La causa de beatificación de Domingo se introdujo en 1914. Al principio despertó cierta oposición, por razón de la corta edad del santo. Pero el Papa Pío X consideró, por el contrario, que eso constituía un argumento en su favor y su punto de vista se impuso. Sin embargo, la beatificación no se llevó a cabo sino hasta 1950, dieciséis años después de la de Don Bosco.