Помер після операції виразки шлунка від загального зараження крові (офіційний висновок). Відразу після смерті Фрунзе по Москві поповзли чутки, що його було вбито на замовлення Троцького, якого Фрунзе змінив на посаді Наркомвоєнмору і противником якого Фрунзе був за життя.

Михайло Фрунзе помер 31 жовтня 1925 року. Справжні обставини його смерті ще невідомі: за офіційними даними, революціонер помер після операції.

Фрунзе в галузі науки в 1926 р. засновано премію його імені. Похований у Москві на Червоній площі. Нагороджений 2 орденами Червоного Прапора та Почесною революційною зброєю.