Kolejna wizyta w Ameryce rozpoczęła się w październiku 1953 roku. Przebiegała pod znakiem podróży pomiędzy Nowym Jorkiem a Kalifornią i pracy nad librettem opery, do której muzykę miał napisać Igor Strawinski. Trwały próby do Under Milk Wood, Thomas podpisał też intratny kontrakt na serię wykładów, których nigdy już nie miał wygłosić. Wyczerpanie pracą i niezdrowy styl życia – nadużywanie alkoholu i prawdopodobnie środków farmakologicznych, spowodowały ciężki atak w dniu 4 listopada. Następnego dnia Thomas zapadł w śpiączkę. Do przybycia żony 8 listopada, przy jego łóżku czuwała kochanka, asystentka Johna Brinnina, Liz Reitell.
Thomas zmarł o godzinie 12.30 9 listopada 1953 roku. Uroczystość żałobna miała miejsce w Nowym Jorku. Byli na niej obecni najwięksi ówcześni pisarze, m.in. E. E. Cummings, William Faulkner, Tennessee Williams. Żona sprowadziła ciało do Walii, gdzie 24 listopada, na cmentarzu w Laugharne, zostało pochowane. Po swej śmierci w 1994 roku spoczęła obok męża.