Os anos no convento se passaram tranquilamente. Santa Teresa queria muito ir como missionária para a Indochina, mas sua saúde debilitada não lho permitiu. Em abril de 1896 descobriu-se que ela estava com tuberculose. Santa Teresinha viria a falecer em 30 de setembro de 1897, em torno das sete da noite (a hora de sua morte já é considerada um pequeno milagre: era hora de descanso das freiras; a santa pedia a Deus que não lhe deixasse morrer tarde da noite, para não perturbar o sono de suas irmãs), com apenas 24 anos de idade e 9 anos de convento.

A santa dissera que uma chuva de rosas cairia sobre a Terra após a sua morte. Não demorou para os milagres começarem a aparecer. A cura de um seminarista em Lisieux em 1906 e a cura de uma religiosa nos Baixos Pireneus em 1919 são apenas dois dos vários considerados indiscutíveis pela Igreja.

A fama de sua santidade e de seus milagres aceleraram lhe a canonização. Sua beatificação veio em 29 de abril de 1923, e em 17 de maio de 1925, apenas 52 anos após seu nascimento, foi canonizada pelo Papa Pio XI.

Santa Teresinha escreveu sua autobiografia, História de Uma Alma Escrita Por Ela Mesma, obedecendo a ordens superiores. O livro foi publicado pela primeira vez em 1898, um ano após sua morte, e foi traduzido em vários idiomas, com o anexo de suas cartas de conselhos espirituais. É sua obra fundamental e foi responsável pela ampliação da devoção à santa, que pregava o abandono de si a serviço de Deus.