Năm 1648, trong cuộc chiến lần thứ tư với quân Trịnh, chúa Nguyễn Phúc Lan phải tự cầm quân đi hỗ trợ. Sau thấy người không được khỏe mới trao binh quyền cho con trai Nguyễn Phúc Tần và tướng Nguyễn Hữu Dật chỉ huy, còn mình rút về. Bệnh nặng, đến phá Tam Gang thì chúa mất, ở ngôi 13 năm, thọ 48 tuổi.
Lăng Trường Diên ở xã Hương Thọ, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế ngày nay. Ảnh: Ngọc Thạnh
Chúa Thượng Nguyễn Phúc Lan được an táng tại núi An Bằng thuộc huyện Hương Trà. Lăng mộ chúa được gọi là lăng Trường Diên.
Ngày nay, lăng Trường Diên thuộc xã Hương Thọ, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế. Lăng nằm gần phía dòng Hữu Trạch của sông Hương, cách bờ sông khoảng 300 m, xoay mặt về hướng bắc. Hiện lăng Trường Diên xuống cấp nghiêm trọng với bờ thành ngoài bị vỡ.