Июльская революция во Франции 1830 г. побудила императора Николая послать Дибича в Берлин для переговоров с королем относительно совместных действий. Переговоры не увенчались успехом. Между тем успехи революции в Бельгии и просьбы нидерландского короля о помощи побудили императора Николая мобилизовать часть армии и двинуть ее к западной границе. Внезапно вспыхнувшее восстание в Польше заставило российского императора изменить первоначальные планы и направить эти войска против поляков. Вызванный из Берлина в декабре 1830 г. Дибич обещал подавить восстание одним ударом, однако кампания, несмотря на кровопролитные гроховское сражение и битву при Остроленке, затянулась на 7 месяцев. В начале апреля 1831 г. император Николай писал Дибичу:

«Я не могу достаточно выразить вам мое беспокойство, основанное на том, что я во всех ваших распоряжениях не усматриваю ничего такого, что бы давало надежду на сколь-нибудь удачное окончание кампании и наконец и потому, что я ничего не усматриваю определительного в собственных ваших мыслях». Дибичу не суждено было довести подавление польского восстания до конца. 29 мая (10 июня) 1831 года он умер от холеры в селе Клещеве, близ Пултуска.

Уже 28-го числа он чувствовал себя не очень хорошо, но весь день был весел и никому из окружающих и в голову не приходила мысль о его скорой смерти. В этот день он обедал у графа Витта, затем по обыкновению прогулялся и лег спать. Перед сном главнокомандующий имел обыкновение выпивать стакан-другой шампанского и, как говорят, на этот раз ему подали бутылку, недопитую накануне, и граф на больной желудок выпил прокисшее вино. В 11-м часу ночи фельдмаршала разбудили по спешным служебным делам, причем он казался совершенно здоровым. В третьем часу ночи И. И. Дибич вдруг почувствовал себя плохо, позвал людей, но запретил беспокоить кого бы то ни было, даже врача. В четвертом часу, чувствуя усиление боли, он позвал слугу и приказал сказать лейб-медику Шлегелю, когда тот проснется, чтоб пришел к нему, строго запретив будить Шлегеля и беспокоить кого-либо еще. Рано утром доктор с ужасом нашел у фельдмаршала все признаки сильнейшей холеры. Тотчас же была пущена кровь, поставлены пиявки, и Шлегелю при помощи других врачей удалось около 7 часов утра несколько успокоить больного.

Обращаясь к графу Орлову, Дибич сказал: «Сообщите Его Величеству все, что вы видели; скажите ему, что я охотно умираю, потому что я честно исполнил возложенные на меня обязанности, и счастлив, что запечатлел своею смертью верность моему Государю».

«Около десяти часов вопль страдальца, — писал императору граф Толь в своем донесении от 29 мая, — несколько уменьшился, но силы жизненные видимо ослабевали; дыхание делалось постепенно труднее; вскоре наступил род безжизненности, прерываемой лишь редкими движениями головы; взгляд совершенно потух, и наконец в 11 часов невозвратная потеря совершилась, и Всевышнему Промыслу угодно было лишить Армию достойного ее Предводителя».

И. И. Дибич похоронен на Волковом лютеранском кладбище в Петербурге.