Nell'autunno 1843 fu colpito da una «flemmasia polmonare». Grazie alle cure di amici e colleghi medici, riuscì a sopravvivere al primo attacco della malattia. La sua salute era però precaria, tanto da esporlo ad una ricaduta nel giugno dell'anno successivo. Quest'ultima debilitò il Mondini a tal punto che egli stesso volle essere sottoposto all'estrema unzione il 3 luglio del 1844; la mattina seguente morì.