經過一星期的搶救，小悅悅終在周五凌晨零時32分離世。小悅悅的母親非常悲痛，父親隨後在工作人員的陪同下處理遺體。
搶救小悅悅的廣州軍區總醫院其後召開簡布會，負責主診的深切治療部主任醫生蘇磊指，小悅悅因腦功能和身體多個器官衰竭不治。他說：“院方已即時啟動了最高等級的搶救方案，邀請了軍內外最具權威的專家指導救治，全院上下全力以赴盡最大努力進行搶救，終因傷情過重，救治無效，幼小生命離開了人世，我們與社會各界一樣深感痛惜。”
小悅悅離世後，她父母因悲痛過度，一直沒有露面。
受小悅悅父親委託的廣州律師羅德旭在微博上寫住：“準備起訴兩名肇事司機索賠。”記者透過微博聯繫羅德旭及死者家屬，但他們均未有回覆。
死訊傳遍整過佛山市五金城，在車禍現場附近工作的李先生指，從新聞報道中獲悉小悅悅傷重不治，很多街坊都感到很痛心。
他說：“都感到很痛心，很傷感，不認識她父母，但事後都經常有談起她的事，她真是很可憐，誰家的孩子遇上這樣的事，都會感到很痛感和不安心。”
李先生指，撞倒小悅悅的兩名司機事後竟不顧而去，行為令人氣憤，他希望當局抓捕肇事司機追究責任，至於18名未有施以援手的路人，他們行為固然令人感到可恥，但鑑於大陸的社會現象，李先生坦言，若換上是自己，他亦會有所猶豫。他說：“見死不救當然不能鼓勵，但若要救人亦要唸一下，因為隨時會被那人拉著不放被要求賠償，所以很無奈，現時人性已有所改變，太惡劣了，社會上甚麼人都有。”
網民對小悅悅離世感到婉惜，有人親到車禍現場獻花；亦有人發起在網上燃點蠟燭悼念。網友“MKMK”表示：“還是走了，一個僅僅兩歲的女童，她還沒有真正好好看過這個世界，過她想過的生活。”網友“微微”就表示，“小悅悅是一個天使，也許天使就應該生活在天堂，也許在那個沒有冷漠的世界，她會比現在過得幸福快樂吧。她來過這個世界，讓我們記住她的名字，她叫王悅。一路走好。”另一網友“林祥愛夢想”就這樣寫住：“她離世了，這是一件什麼消息。是噩耗，還是針刺。我們始終無法想像，一個兩歲的女孩，就這麼的離開了人世。願她去天堂的路，沒有車來車往。”
有網民在微博上批評，廣東省委書記汪洋日前在北京出席六中全會時發表的談話，企圖扭轉輿論對事件的討論方向，禁止傳媒繼續放大社會冷漠的角度，因為，事件已徹底崩潰了“幸福廣東”及“和諧中國”的形象。小悅悅出事後，廣東媒體一度自由討論“路過不救”的問題，並指出是政府腐敗導致社會道德崩潰。
兩歲的王悅，上周四下午被一輛麵包車撞倒後再碾過身體，她倒臥地上幾分鐘後，又被另一輛小型貨櫃車碾過。7分鐘內在小悅悅身邊經過的18個路人，無一伸手救援。最後，一名婆婆陳賢妹，把重傷的小悅悅抱到路邊，並找到她媽媽到場。小悅悅被送至廣州軍區廣州總醫院搶救，數天來，她一直在該醫院的深切治療病房治療，至周五凌晨離世。