Trước ngày 29 tháng Mười Hai 2020, danh ca Lệ Thu bị nhiễm COVID-19 và được gia đình đưa vào bệnh viện MemorialCare Orange Coast Medical Center, Fountain Valley để điều trị. Sau vài tuần lễ chống chọi với căn bệnh, có lúc gia đình tưởng rằng bà đã có thể vượt qua, nhưng ngày hôm nay thì tin buồn chính thức đã đưa đến. Danh ca Lệ Thu đã vĩnh viễn ra đi vào lúc 7 giờ tối Thứ Sáu, ngày 15 tháng 1 năm 2021 để lại bao tiếc thương nơi gia đình và những người hâm mộ tiếng hát của bà. Bà hưởng thọ 78 tuổi.