1944年，徐悲鸿因物质生活艰苦和过度劳累，患了严重的高血压和慢性肾炎，在中心医院治疗了7个月。1951年，徐悲鸿到山东指导全路水利工程现场体验生活，为劳动模范和农民工收集反映新中国建设的资料。
1951年7月，徐悲鸿脑出血，偏瘫。1952年，卧病在床一年多的徐悲鸿，脑溢血还没有完全消除。从9月份开始，徐悲鸿加强了体育锻炼。1953年，徐悲鸿带病指导中央美术学院的教学工作，给毕业班的学生讲课，给老师们的油画和素描进修组上课。为抗美援朝志愿军画“奔马”。
1953年9月23日，徐悲鸿担任第二届文联执行主席。脑出血复发。26日上午，在北京医院病逝。周恩来总理前往吊唁，安葬在北京八宝山革命烈士陵园。
