eaven & Hell sort finalement son premier album studio, "The Devil you Know", le 28 avril 2009. Encensé par les critiques il subira cependant un maigre succès commercial et sera suivi par une tournée promotionnelle… écourtée le 29 août. Dio subit de fortes douleurs à l’estomac, la dégradation de sa santé l’oblige à annuler la tournée de fin d’année.

Le 25 novembre 2009 son épouse et manager Wendy annonce qu’on lui a diagnostiqué un cancer de l’estomac. Après une lourde opération chirurgicale Dio entame une série de chimiothérapies. Les communiqués publiés régulièrement sur son site Internet font état d’une amélioration progressive et en avril 2010, il se rend en personne à la cérémonie des Revolver Golden Gods Award au cours de laquelle il reçoit le prix du meilleur chanteur de Metal pour sa performance sur "The Devil you Know"… mais son état de santé se dégrade brutalement et, début mai 2010 les concerts de Heaven & Hell prévus durant l’été sont annulés ! Ronnie James Dio décède le 26 mai 2010, succombant à un combat de six mois contre son cancer à l’estomac.

Une cérémonie de commémoration publique est organisée le 30 mai 2010 à Los Angeles. La salle d’une capacité de 1500 personne est trop petite pour accueillir la foule de fidèles venue rendre un dernier hommage à ce chanteur d’exception. La famille et les amis du chanteur ainsi que plusieurs musiciens ayant travaillé avec lui ont prononcé des discours, parmi lesquels, Rudy Sarzo, John Payne, Glenn Hughes, Joey Belladonna ou encore Scott Warren. Plusieurs artistes ont ensuite interprété des titres extraits de sa carrière et un film à été diffusé sur un écran géant. Le public à eu l’occasion de se rendre auprès du cercueil de Dio exposé dans la salle. En marge des évènements, l’Eglise Baptiste de Westboro a tenu un ridicule rassemblement de protestation contre l’organisation de la cérémonie de celui qu’ils ont décrit comme un adorateur de Satan. Wendy Dio a alors exhorté les participants à la cérémonie d’ignorer la protestation, en rappelant que son mari détestait la violence. Ronnie James Dio est inhumé à Los Angeles, au cimetière Forest Law Memorial à Hollywood Hill.