1944年，徐悲鸿由于艰苦的物质生活和过度的劳累，不幸患上了严重的高血压和慢性肾炎，在中央医院治疗7个月。1951年，徐悲鸿抱病到山东导沭整沂水利工程工地体验生活，为劳模、民工画像，搜集反映新中国建设的素材。
1951年7月，徐悲鸿患脑溢血，半身不遂，1952年，抱病卧床一年有余的徐悲鸿，脑溢血病症尚未完全消除，自9月起，徐悲鸿加强了身体锻炼。1953年，徐悲鸿抱病指导中央美术学院教学工作，为结业班的学生讲课，为教员油画和素描进修小组上课。为抗美援朝的志愿军画《奔马》。
1953年9月23日，徐悲鸿担任第二次文代会执行主席，脑溢血症复发，26日晨，逝世于北京医院，周恩来总理前往吊唁，入葬北京八宝山革命烈士公墓。
