2009年10月、高畑の新作が『竹取物語』を原作に、『鳥獣戯画』の様なタッチで描いた作品である事が報じられた[28]。2010年1月には、高畑のコメントも含んだ形で『週刊文春』で紹介される[29]。この中で高畑は「ストーリーは変えずに印象が全く違う作品にしたいと思っています。なかなか進まなくて、大分先になっちゃうかもしれませんが」と語った[29]。高畑が述べたように制作には時間を要し、約3年が経過した2012年12月になって、スタジオジブリは『かぐや姫の物語』のタイトルで2013年夏に公開予定である事を正式に発表した[30][31][32]。しかし2013年2月になり、制作の遅れから公開予定が2013年秋に延期される事が発表され[33]、同年11月23日に公開された。

アニメーション以外にも、人形劇の演出も行なっていた。晩年には、フランスのミッシェル・オスロ監督の長編アニメーション映画『キリクと魔女』等の一連の作品の日本語版の字幕翻訳・演出や、原作本の翻訳も手がけた。

2015年6月、アメリカの映画芸術科学アカデミー会員候補に選ばれた[34]。
死去

最晩年に、西村義明と共に年来の夢であった『平家物語』の短編映画の制作に取りかかったが、病状悪化の為、死の3ヶ月前に断念した[35]。2018年4月5日1時19分、肺がんの為、入院先である帝京大学医学部附属病院で死去した[36]。満82歳没（享年84）。監督としては2013年公開の『かぐや姫の物語』が遺作となった。高畑の死去は海外メディアでも報道された[37][38][39][40][41]。

死去から1ヶ月余りが過ぎた5月15日に、三鷹の森ジブリ美術館で「お別れの会」が営まれ、宮崎駿・大塚康生・小田部羊一・久石譲がコメントを読み上げた[42][43][44][45]。大塚は『太陽の王子 ホルスの大冒険』でのエピソード等を語り、死去を「悔しくて悔しくてしようがないよ」と述べ[43]、小田部は2017年の闘病中に高畑から「大丈夫、治るから」と励ましを受けた事を踏まえて「納得出来ません。これはあべこべです」と悲しみを吐露した[44]。久石は『風の谷のナウシカ』で起用してくれた事への感謝と「君をのせて」の制作に高畑が関わった事を紹介し、「お別れは言いません。心からご冥福をお祈りしますが、またいつか、どこかでお会いしましょう」と結んだ[45]。（宮崎のコメントについては次節で紹介）

また、子息が最晩年の高畑についてコメントし、2017年4月に手術を受けてからは体調不良（発熱、せき、味覚障害）に苦しめられながらも2018年2月までは講演等もこなしていた事、3月10日には共に公園を散歩したが、月末に入院した時には呼吸困難から会話も出来なくなっていた事などを紹介すると共に、「純粋な好奇心と、日頃の勉強から得た発見や着想を、実験的なやり方を交えて、各分野の才能豊かな仲間達と表現し続ける事が出来た。父は本当に幸せな人間だったと思います」と述べた[46]。
没後

2019年に開催された第91回アカデミー賞において、逝去した映画人を悼む“In Memoriam”（イン・メモリアム）のコーナーで追悼された[47][48][49][注 1]。

2019年7月2日より10月6日まで東京国立近代美術館において、2020年8月1日から9月27日まで岡山県立美術館にて、2021年4月29日から7月18日まで福岡市美術館にて、また、2021年9月18日から11月14日まで新潟県立近代美術館にて、遺品の資料展示を含む「高畑勲展―日本のアニメーションに遺したもの」[50]が開催される[51]。展覧会自体は高畑の生前から企画されており、当初の企画では高畑の好む作品（美術品・映画）と高畑の作品を並べて展示する趣向であったが、高畑が没したことで回顧展になったと説明されている[51]。
宮崎駿との関係

アニメーション作家・映画監督の宮崎駿は東映動画時代の後輩である。また、『太陽の王子 ホルスの大冒険』から『おもひでぽろぽろ』に至るまで、長年にわたって共に作品を作ってきた盟友でもある。東映動画時代、組合活動を通じて宮崎に与えた思想的影響は少なくない。東映動画を離れて以降も共に作品を作り続け、演出面でも宮崎に影響を与えた。但し、晩年は二人三脚で作品を作る事はなくなっていた。

高畑は宮崎の事を『「彼自身の猛烈な労働と惜しみない才能の提供」と「おそるべき緊張感と迫力」によって、わたしの怠け心を叱咤し、うしろめたさをかき立て、仕事に追い込み、乏しい能力以上のなにかを絞り出させたのは、宮�ｱ駿という存在だった。』、「特に若い頃の彼の献身的で無私の仕事ぶりに日々接する事がなかったならば、わたしはもっと中途半端で妥協的な仕事しかしなかったに違いない。」と述べている[52][要ページ番号]。