Духовной дочерью Евстратия Тарсийского была Феодосия, жена кесаря Варды, которая часто приглашала святого в Константинополь и беседовала с ним. Перед последним посещением столицы Евстратий Тарсийский почувствовал приближение кончины, рассказал об этом одному монаху и приказал держать это в тайне от братии. В порту Константинополя Евстратий Тарсийский сотворил последнее прижизненное чудо, удержав на плаву корабль, получивший пробоину в днище. В столице Евстратий Тарсийский встретился с патриархом (имя не названо, по мнению исследователей, речь идёт о Фотии) и Феодосией. В единственной рукописи Жития, в главе, посвящённой приёму у патриарха, есть лакуна. Исследователи объясняют её тем, что в более поздний период по идеологическим соображениям из текста Жития Евстратия Тарсийского были изъяты упоминания о Фотии. 10 января, в день памяти Григория Нисского, Евстратий Тарсийский собрал находившихся поблизости братьев и дал им последние наставления. Он скончался в возрасте 95 лет, 75 из которых монашествовал. Узнав о кончине Евстратия Тарсийского, жители Константинополя собрались около его тела и стали свидетелями множества исцелений и иных чудес (например, раскаяние иконоборца, упорствовавшего в ереси до 867 г.). Заботу о погребении Евстратия Тарсийского взяла на себя Феодосия. Исцеления продолжались и во время переноса тела учениками Евстратия Тарсийского в Агаврский монастырь, и после погребения на сороковой день. Агиограф завершает рассказ указанием на то, что исцеления на могиле Евстратия Тарсийского продолжаются и по сей день. В 1997 г. греческий исследователь И. Бакос опубликовал сохранившийся в единственной рукописи канон преподобному Евстратию, епископу Салегийскому, в акростихе которого читается имя автора – Мефодий, а также анонимные стихиры этому святому. По мнению издателя, Евстратий Салегийский, несмотря на значительные расхождения сведений, сохранившихся в каноне, с житийной традицией, например, день памяти (в каноне – 29 марта), может быть отождествлён с Евстратием Тарсийским. Автором канона и стихир, считает издатель, является патриарх Мефодий. По мнению исследователей, и канон, и стихиры написаны высоким стилем, однако с содержательной стороны они малоинформативны; отсутствие подробностей из жизни святого не позволяет исследователям утверждать, что в этих памятниках идёт речь именно о Евстратии Тарсийском. Авторство патриарха Мефодия исследователи считают также весьма сомнительным: канон мог быть составлен только после кончины Евстратия Тарсийского, т.е. не раньше последней четверти IX в., в то время как Мефодий скончался 14 июня 847 г.