В последние годы жизни Владимир испытывал немало беспокойств из-за своих сыновей. Так, вскоре после женитьбы на Болеславне Святополк устроил заговор против приемного отца. По свидетельству иностранных источников, организатором заговора был польский князь Болеслав, а также епископ Рейнберн, духовник жены Святополка. Заговор был раскрыт; Святополк, его жена и Рейнберн арестованы. Польский епископ умер в заточении, а Святополк и его супруга пребывали под стражей до самой смерти Владимира. В 1014 году поднял мятеж еще один сын Владимира — Ярослав Новгородский (будущий Ярослав Мудрый). Он отказался платить в Киев ежегодную дань — 2 тысячи гривен. Это вызвало жестокий гнев Владимира, и он объявил о походе на Новгород.
Однако Бог не допустил войны между отцом и сыном. В то время Владимир был уже стар, к старости приспели и болезни. Одна из них и не дала Владимиру выступить в поход против Ярослава. Думая о том, кому передать престол, Владимир призвал в Киев своего любимого сына — Бориса. В это время на Русскую землю вновь напали печенеги. Владимир находился в великой печали, оттого что не мог сам выйти против них; он передал своих воинов в руки Борису. Борис отправился против печенегов, однако не нашел их: кочевники, услыхав о приближении войска, ушли обратно в степи. Но Владимиру уже не суждено было узнать об исходе последней в его жизни печенежской войны. 15 июля 1015 года он скончался в сельце Берестовом близ Киева. Власть в Киеве в отсутствие Бориса захватил Святополк, освободившийся из-под стражи. Он попытался сохранить в тайне смерть отца: «Умер же Владимир на Берестове, и потаили смерть его, потому что был тогда Святополк в Киеве», рассказывает летописец. Однако смерть великого князя, столь много сделавшего для своей страны и столь прославившего свой город, конечно же, не могла пройти незамеченной. Владимир был похоронен в Киеве, в построенной им Десятинной церкви, при огромном стечении народа, оплакиваемый всеми киевлянами — и боярами, и убогими, малыми и великими. «И плакали о нем бояре как о заступнике земли, бедные же как о своем заступнике и кормильце».
Русские люди начали чтить память своего Крестителя уже в XI веке. Однако, по не вполне ясным причинам, официальная канонизация князя Владимира задержалась на два столетия. Отчасти это объяснялось, наверное, тем, что мощам блаженного князя не был дан дар чудотворения. Вот что рассказывал об этом автор древнейшего Жития князя Владимира: «Не удивимся, возлюбленные, что чудес не творит по смерти — многие ведь святые праведники не сотворили чудес, но святыми являются. Сказал ведь некогда об этом святой Иоанн Златоуст: „От чего узнаем и разумеем святого человека — от чудес или от дел?“ И сказал: „От дел узнаем, а не от чудес“». И только в XIII веке происходит общецерковное причтение князя Владимира к лику святых. Наверное, этому способствовало и то обстоятельство, что именно в день памяти святого Владимира (15 июля) была одержана одна из славных побед русского оружия — победа на Неве, в которой дружина новгородского князя, потомка Владимира Святого, Александра Ярославича (Александра Невского), разгромила шведское войско.