1971年に6度目の首位打者を獲得して以後、衰えが見えてきた。打席数を増やすことで不振を克服しようと考えた川上監督は、長嶋の打順を1番にするなどの対策をとったが、結果的に同年が最後の打率3割のシーズンとなった。また、14年務めた川上の後継者としての期待もあり、コーチを兼任するなど、現役引退後の進路も定まった。

1974年10月12日、中日ドラゴンズの優勝が決まり、巨人の10連覇が消えると、長嶋は現役引退を表明した。翌々日の10月14日、後楽園球場で行われた優勝したドラゴンズとのダブルヘッダーの第1試合で、長嶋はホームランを放つ。これが現役最後のホームラン（通算444号）である。また、大卒での通算2471安打は日本最多記録であり、この先これを抜く選手はなかなか出ないであろうとも言われている。 第2試合の最終打席はショートゴロ（ダブルプレー）であった。引退セレモニーでは「わが巨人軍は永久に不滅です」という、あまりにも有名な言葉を残した（しばしば「永遠に不滅です」と誤って引用されることもある）。