Незадолго до смерти он посетил восточные области и был потрясён их запустением. Истощённая в военном и финансовом отношении Византия не была способна больше сдерживать двойной натиск на Востоке и Балканах. Михаил VIII Палеолог скончался во время фракийского похода. Ему было отказано в приличествующем императору погребении. Тело Михаила VIII Палеолога было захоронено в Неа-Мони (Фракия), откуда в 1285 г. перенесено в монастырь Спасителя в Силимврии. Михаил VIII Палеолог был блестящим дипломатом, талантливым полководем и дальновидным политиком, был также хорошо образованным человеком, посвящавшим своё свободное время литературным занятиям. Михаил VIII Палеолог в конце жизни написал (или лично отредактировал) два типика для монастырей, ктитором которых являлся: архангела Михаила на горе Авксентий близ Халкидона и святого Димитрия, возведённого им в Константинополе. В устав монастыря святого Димитрия была включена также апологетическая автобиография императора. В ней Михаил VIII Палеолог пишет о знатности своего происхождения, благородстве семьи, своих военных победах и великих свершениях, обходя молчанием выдвигавшиеся против него обвинения в попытках узурпации власти, наложенные на него соборные епитимии, ослепление императора Иоанна IV Ласкаря, заключение Лионской унии и проч. Император проводит мысль о предначертанности свыше своей судьбы, изображая себя человеком, ещё с рождения отмеченным Божьим Промыслом и на протяжении всей жизни являвшимся исполнителем воли Всевышнего. По сообщению Георгия Метохита, Михаил VIII Палеолог в конце жизни составил в стихотворной форме каноны мученикам, которые, однако, до настоящего времени не сохранились. Исследователям известны несколько портретов Михаила VIII Палеолога. На миниатюре XV в. из Евангелия (Российская национальная библиотека) он изображён в шляпе западного покроя и широком плаще, из-под которого видно одеяние византийского императора: дивитисий и орнаментированный лор. На миниатюре из рукописи «Истории» Георгия Пахимера (XIV в.) представлен официальный императорский портрет Михаила VIII Палеолога: он стоит на подушке для ног, расшитой одноглавыми орлами, облачён в парадное одеяние (пурпурный саккос, украшенный драгоценными камнями и жемчугом лор), императорскую стемму с препендулиями, в правой руке держит скипетр, увенчанный крестом. Надпись, помещённая с двух сторон, сообщает полное родовое имя и титул императора: «Михаил, верный (благочестивый) во Христе Боге василевс и автократор римлян, Дука, Ангел, Комнин, Палеолог». Погрудное изображение Михаила VIII Палеолога есть среди императорских портретов дома Палеологов в рукописи XV в., содержащей текст сочинения Иоанна Зонары.