Sprawa Federacji Bałkańskiej przyczyniła się do ostatecznego zerwania stosunków jugosłowiańsko-radzieckich. Za zgodą Dimitrowa w kwietniu 1949 wicepremier rządu Trajczo Kostow został odwołany ze stanowiska. W grudniu tego samego roku Kostow został oskarżony o szpiegostwo i skazany na śmierć po pokazowym procesie. Dimitrow odegrał czołową rolę w ustanowieniu w Bułgarii rządów komunistycznych na wzór stalinowski, likwidacji opozycji i przyjęciu kursu polityki zagranicznej zgodnego z interesami ZSRR.
W grudniu 1948 Dimitrow jeszcze raz spotkał się w Moskwie ze Stalinem i ponownie został agresywnie skrytykowany za sposób sprawowania władzy w Bułgarii. Był już wówczas poważnie chory. Zmarł pół roku później w ZSRR, w trakcie pobytu na leczeniu. Abdurachman Awtorchanow sugerował, że został zamordowany na polecenie StalinaA. Awtorchanow, Zagadka śmierci Stalina. Spisek Berii, Wydawnictwo LTW, 2002.. thumb|200px|Mauzoleum Dimitrowa w Sofii, widok z 1969 Pochowano go w specjalnie zbudowanym mauzoleum w Sofii, wzorowanym na moskiewskim mauzoleum Lenina. W 1990 ciało przeniesiono na cmentarz, a mauzoleum zburzono w 1999 roku..
Autor pamiętnikówDimitrov, Georgi [w:] R. van Dijk, W.G. Gray, S. Savranskaya, J. Suri, Qiang Zhai, Encyclopedia of the Cold War, Routlegde, 2013, s.255-257..