Po bombardowaniu Londynu w 1940 roku wyjechał do Stanów Zjednoczonych, gdzie został przyjęty w Nowym Jorku m.in. przez amerykańskiego abstrakcjonistę Harry'ego Holtzmana (1912–1987), którego poznał w 1934 roku, Peggy Guggenheim (1898–1979) i Jamesa Johnsona Sweeneya (1900–1986). Pod wpływem pulsującego życiem miasta i muzyki amerykańskiej odszedł od czarnych linii, zastępując je najpierw kolorowymi pasami, a później liniami składającymi się z kolorowych kwadracików. Jednymi z jego ostatnich dzieł były New York City I (1941) i Broadway Boogie Woogie (1942), które trafiły na wystawę autorską w 1943–1944. W 1942 roku zaczął obraz Victory Boogie Woogie, którego nie udało mu się ukończyć.

Zmarł na zapalenie płuc 1 lutego 1944 roku i został pochowany na cmentarzu Cypress Hills na nowojorskim Brooklynie.

Twórczość Mondrian uznawany jest, obok Kandinskiego (1866–1944) i Malewicza (1879–1935), za jednego z prekursorów abstrakcjonizmu. Sam uważał, że sztuka powinna być odnaturalizowana, czysto abstrakcyjna, pozbawiona relacji z rzeczywistością. Jego prace zapowiadały rozwój sztuki abstrakcyjnej w latach 40. i 50. XX wieku.