Le sue condizioni di salute sono peggiorate nella serata del 24 aprile per poi aggravarsi inesorabilmente nella notte. La notizia del decesso è stata confermata dal Barcellona sul proprio sito.
Il 2012 è stato un anno molto importante per la carriera di Vilanova che viene nominato come successore di Pep Guardiola, di cui era assistente, alla guida del Barcellona. A dicembre gli viene diagnosticato il tumore alla ghiandola parotide che lo aveva già colpito nel 2011. Viene quindi sottoposto a un intervento chirurgico. Nel febbraio 2013 è costretto nuovamente a lasciare la panchina blaugrana per sottoporsi a delle cure. Rientra per fine marzo, il Barca vince la Liga. Nell’estate però le sue condizioni di salute si aggravano nuovamente per cui è costretto a lasciare definitivamente la panchina dei blaugrana, fino ad arrivare al tragico epilogo. Al suo posto subentrerà Gerardo Martino.
Nella tribuna centrale dello stadio Nou Camp di Barcellona si è aperta questa mattina la camera ardente. All’ingresso si legge lo striscione con la scritta: “Tito per sempre eterno”. Poco dopo le nove i giocatori e lo staff tecnico sono stati i primi a rendere l’ultimo omaggio a Vilanova.