In späteren Jahren wurde Robert Mayer mit Ehrungen geradezu überhäuft. Der württembergische König erhob ihn 1867 durch die Verleihung des Ritterkreuzes des Ordens der Württembergischen Krone in den persönlichen Adel, wovon Mayer jedoch keinen Gebrauch machte. Er blieb bis 1873 Stadtarzt in Heilbronn und lebte als Privatgelehrter in seinem Haus bei der Nikolaikirche.

Am 20. März 1878 starb Robert Mayer in Heilbronn. Seine Totenmaske wurde durch den damals in Heilbronn lebenden Bildhauer Friedrich Kohlhagen abgenommen.

(Stadtarchiv Heilbronn D032-339)