На протяжении 1850—1870-х гг. Вяземский продолжал писать многочисленные стихи в разных жанрах: от политического памфлета и эпиграммы до стихов-посвящений умершим друзьям и придворных од. В начале октября 1862 г. в Москве тиражом 1186 экземпляров вышел первый и единственный прижизненный сборник Вяземского «В дороге и дома», включавший 289 стихотворений и имевший очень скромный успех: за два года было продано около 500 книг. В 1850—1860-х годах активно публиковался в российской прессе, начиная с 1870-х годов практически перестал печататься. В поздней лирике развивал ранние темы и мотивы собственной поэзии, пытался модернизировать эстетику классической русской поэзии XIX в., приспособить ее к требованиям нового времени. Начиная с 1850-х гг. испытывал влияние со стороны одного из своих ближайших младших друзей — Федора Ивановича Тютчева; поэты посвятили друг другу ряд стихотворений.

Тем не менее современники не оценили позднее творчество Вяземского — его стихи стали предметом многочисленных пародий (в их числе Василия Курочкина и Дмитрия Минаева), насмешек и воспринимались многими как безнадежно архаичные. Последняя большая публикация Вяземского в России (20 стихотворений) состоялась в апреле 1874 г.

С 1873 г. преимущественно жил на водах в Хомбурге, где работал над подготовкой 12-томного Полного собрания сочинений и «постскриптумами» к старым статьям. Физическое и психическое состояние старого князя постепенно ухудшалось. 10 ноября 1878 г. он скончался на 87-м году жизни «от старческой слабости» в отеле «Beausejour» одного из своих любимых европейских курортов — Баден-Баден, которому князь посвятил множество стихотворений, в том числе «Уж если умереть мне на чужбине, так лучше здесь, в виду родных могил…» (в этом же городе скончались 2 его близких друга, дочь, внук, а впоследствии и жена). Тело покойного перевезли в Россию. 13 ноября 1878 г., после панихиды в Казанском соборе, состоялись похороны на Тихвинском кладбище Александро-Невской лавры Санкт-Петербурга. На погребении присутствовали немногочисленные представители столичной интеллигенции — Тертий Иванович Филиппов, Григорий Петрович Данилевский, Яков Карлович Грот, Михаил Иванович Сухомлинов. Смерть поэта прошла на родине практически незамеченной.

Сын поэта, Павел Петрович Вяземский (1820—1888), cтал известным историком, внук, Петр Павлович (1854—1931), участвовал в русско-турецкой войне 1877-78 гг., дослужился до чина генерал-майора, впоследствии эмигрировал, умер в Ментоне. На нем эта ветвь рода князей Вяземских угасла. Внучка поэта графиня Екатерина Павловна Шереметева (1849—1929) — фрейлина, благотворительница, историк; правнук, граф Павел Сергеевич Шереметев (1871—1943) — хранитель Остафьевского музея после революции.

Оценка потомками

Несмотря на огромный вклад, внесенный Вяземским в развитие русской литературы XIX в., а во многом и уникальность его фигуры (Вяземский — единственный пример того, когда поэт, прошедший 70-летний творческий путь, издал одну-единственную книгу стихов, причем в 70-летнем возрасте), он долгое время не рассматривался в качестве самостоятельного и крупного явления. Уже в 1840-х гг. его поэзия перестала восприниматься критикой как актуальная, а в конце XIX в. Вяземский был практически забыт. Тем не менее именно в то время (1878—1896) тиражом 650 экземпляров было издано первое и на данный момент последнее Полное собрание сочинений Вяземского в формате 12 томов. С формальной точки зрения полным оно не является, так как не включает в себя переписку поэта, некоторые его статьи и стихи. Многие произведения в собрании опубликованы в урезанном цензурой виде.