Давид Сослан умер в 1207 (по некоторым данным, в 1210) году, скорее всего, от полученных в сражениях ран. Тамара на несколько лет пережила своего супруга. После смерти мужа она сразу же объявила своим соправителем двенадцатилетнего сына Георгия. Пока наследник входил в возраст, грузинское войско сражалось под предводительством верных друзей Давида Сослана, братьев Мхаргрдзели.
В 1208 году в грузинский город Ани, в воскресный день, когда христиане справляли праздник Пасхи, ворвалось войско турецкого ардебильского султана. Мусульманами было убито двенадцать тысяч мирных жителей, разорен и сожжен весь город.
В ответ грузинское войско под руководством братьев Мхаргрдзели напало на город Ардебиль ровно в ночь мусульманского полнолуния. Вероломный турецкий султан был убит, его жена и дети уведены в плен.
Как сообщает летописец, в последние годы царица Тамара болела «какой-то женскою болезнью», и осенью 1212 года во время пребывания в Надчармагевском дворце ее недуг усилился. Царицу положили на носилки и отвезли в Тифлис; зимой она тихо скончалась.
Царица Тамара умерла 18 января 1213 года, в возрасте примерно сорока восьми лет, на двадцать восьмом году своего царствования. В народной грузинской песне о последних днях любимой царицы поется:
И что же, виновницу стольких деяний
В Самхорах постигла болезнь.
А в Вардцихе с жизнью рассталась
И девять аршин полотна
С собой унесла я в могилу.
В песне слышны отголоски и той речи царицы Тамары, которую она произнесла после своей вторичной коронации: «Голой явилась я к вам на свет Божий, неведомо откуда, временной гостьей и голой, неимущей, предстоит мне отправиться туда же. Все земное останется на земле. Здесь нет ничего моего. Провидению угодно было возвысить меня над вами и поднять на высокую ступень, чтобы поднять царство и возвысить и вас, подданных. Трудна задача: она не по мне, слабой женщине, без вашего содействия Вот почему, прежде всего, обращаюсь к вам, боевые соколы и орлы Георгия! Помогите мне укрепить границы царства и оградить их от внешних врагов Не забывайте, что краеугольным камнем для всего этого должна служить всенародная любовь».
Вся Грузия оплакивала свою царицу. Тело Тамары положили в гроб и отвезли в Мцхету, а оттуда в Гелати, где предали земле в фамильном склепе Багратидов. «Здесь о чем еще нужно сказать, пишет Басили, автор жизнеописания царицы Тамары, кроме как о вопле по поводу этой печальной вести, о беспросветном мраке и о горе неутешимом, потому что кто может быть утешителем, когда горе станет общим для всех. Мерзостным стало лицо земли. Остригли себе волосы все, кто знал хоть только имя Тамар. С раздавшимся голосом стенания пришла в сотрясение и преисподняя. Все оделись в скорбную одежду. Было на то похоже, как если бы вместе с нами горевали небо и вся земля».
Среди преданий, народных песен и пословиц о царице Тамаре множество легенд связано с тайной ее захоронения.
По преданию, во время отпевания Тамары в кафедральном соборе Мцхеты стояло двенадцать одинаковых закрытых гробов, и никто из присутствующих не знал, в каком из них покоится тело царицы. После богослужения молодые воины унесли гробы в разных направлениях и закопали в двенадцати тайных местах, в разных концах Грузии. Так было сделано якобы по распоряжению самой царицы Тамары для того, чтобы никто из врагов не смог осквернить ее могилу.
Историки и археологи многих стран давно, но пока что безуспешно пытаются разгадать эту средневековую загадку и отыскать могилу царицы Тамары. Долгое время археологические раскопки велись на царском кладбище монастыря Гелати близ Кутаиси, где был похоронен великий прадед Тамары грузинский царь Давид Строитель и находится фамильный склеп рода Багратиони.
Есть даже такая легенда: для того, чтобы избежать разграбления могилы, привезенный в Гелати золотой гроб с телом царицы вложили в один из четырех дубовых гробов, а четыре гроба захоронили в разных концах царского кладбища. Однако самые тщательные поиски с применением современных технологий могилы царицы Тамары в Гелати не обнаружили.
По иным источникам, царица велела похоронить себя в Касарском ущелье рядом с мужем Давидом Сосланом, по некоторым другим в недоступной пещере на западном склоне Казбека, где была спрятана еще и царская казна. Но и там пока что ничего не удалось найти
Местом возможного захоронения царицы называют и знаменитый скальный монастырь Вардзиа, который так любила при жизни посещать царица Тамара. По ее повелению в огромной розовато-желтой скале над Курой каждый год ежедневно высекали по одной комнате (365 пещер в год!); так, по преданию, появился целый пещерный город с храмами, монастырскими кельями и подземельями.
Во время правления царицы Тамары стены монастыря Вардзиа были расписаны золотом и лазурным цветом (эмалевыми росписями), здесь находилась первая грузинская духовная семинария. В храме в Вардзиа есть изображение Тамары и ее отца Георгия III в парадных царских одеяниях. Вокруг головы Тамары можно прочесть надпись: «Царь царей всего Востока Тамара».
Французский историк Дюбуа де Монпере, посетивший в 1833 году монастырь Вардзиа, выдвинул предположение, что возле часовни-усыпальницы царя Георгия III и был в начале XIII века тайно положен гроб с телом его дочери.