Когда сестра Прасковья Семёновна и Акулина Васильевна приехали в Саров за гробом, преподобный Серафим рассказал: «...Я её посхимил, у неё всё есть – схима, и мантия, и камилавочка моя, во всём этом положите её». Старец велел Прасковье не унывать, т.к. душа Марфы «в Царствии Небесном и близ Святыя Троицы у Престола Божия, и весь род ваш по ней спасён будет». Старец также пожаловал деньги на поминальные обеды. Всех, приходивших к нему, он посылал в Дивеево на похороны Марфы. Так, сёстрам, работавшим на берегу на реки Сатис и не знавшим о кончине подвижницы, преподобный повелел: «Скорее, скорее грядите в Дивеев; там отошла ко Господу великая раба Божия Мария!» Также Екатерину Егоровну и Анну Алексеевну, собиравших ягоды в Саровском лесу, и других девиц он посылал домой, говоря, что присутствующие при погребении Марфы получат отпущение грехов. Даже саровских монахов и множество мирян, шедших к нему, старец Серафим Саровский посылал на погребение, а мирским девицам и сёстрам приказал приодеться, расчесать волосы и припасть ко гробу усопшей. Во время отпевания Прасковья Семёновна увидела в царских дверях стоявших на воздухе Пресвятую Богородицу и Марфу. Когда старица Акулина Васильевна рассказала Серафиму о случившемся, он объяснил, что Господь и Божия Матерь прославили Марфу. Преподобный заповедал тем, кто посещают Дивеево, молиться у её могилы: «Госпоже и мати наша Марфо, помяни нас у престола Божия во царствии небесном!». Погребение Марфы было совершено 23 августа «на отведённом кладбище», у храма в честь Казанской иконы Божьей Матери, рядом с захоронением преподобной Александры. После закрытия в 1927 г. Дивеевского монастыря часовни над могилами Марфы, преподобных Александры и Елены были уничтожены. В 1940–1960 гг. на их месте находилась автобусная станция. В результате раскопок в июле 1991 г. были выявлены места захоронений Марфы, преподобных Александры, Елены и Николая Александровича Мотовилова; восстановлены могильные насыпи и поставлены кресты. 25–27 сентября 2000 г. в результате археологических работ останки Марфы были обнаружены и перенесены в монастырскую церковь Рождества Христова. К 2016 г. мощи Марфы и других дивеевских подвижниц находятся в церкви Рождества Пресвятой Богородицы Серафимова Дивеевского монастыря. 22 декабря 2000 г. Марфа вместе с другими подвижницами была причислена к лику местночтимых святых Нижегородской епархии, архиерейским Собором РПЦ 2004 г. прославлена к общецерковному почитанию.