東映の公式発表および所属事務所の公表資料によると、渡瀬恒彦さんの直接の死因は胆嚢癌に伴う多臓器不全でした。東京都内の病院で静かに息を引き取ったのは2017年3月14日午後11時18分、享年72（満72歳没）でした。
渡瀬さんが体の異変を感じて精密検査を受けたのは2015年秋のことでした。消化器系のがんの中でも早期発見が極めて難しいとされる胆嚢癌と診断された際、すでに病状は容易ならざるステージに進行していました。しかし、渡瀬さんは仕事を一切休むことなく、病名を公にせず治療をスタートさせる道を選択します。
2017年に入ると急速に病状が悪化し、2月中旬に肺気腫や感染症の併発も重なって入院治療へ移行。病室にあっても春から放送予定だった主演ドラマ『警視庁捜査一課9係 season12』の台本を離さず、現場復帰に向けたリハビリに励んでいました。最期は愛する妻や近親者に見守られながら、眠るように安らかな旅立ちだったと伝えられています。
