Se enteró de que tenía cáncer en diciembre de 2015 y continuó su trabajo al repetir las admisiones hospitalarias y más tarde se hospitalizó después de perder su estado físico a finales de febrero de 2017.
Inoue murió de cáncer de laringe inferior en un hospital de Tokio a las 18:30 el 4 de marzo de 2017.
La obra teatral Yukimaroge en 2016 se convirtió en su última aparición.