1949年3月，徐悲鸿作为新中国的代表到巴黎出席了保卫世界和平大会，回来之后就投入到紧张的创作中去，创作了一幅描绘南京解放消息传到保卫世界和平大会时的动人场景，这幅画长360厘米，宽70厘米，耗费了徐悲鸿极大的心血。
也因此，刚画完不久，他的血压飙升到200以上，直接病倒了，不得不暂时放下工作，但因着有太多事情要做，只休息了几天，他就投入到了教学工作中去。
此时的他担任中央美术学院院长和全国美术家协会主席，在教学之余，还要忙很多的社会活动，创作也不能断了，每天的日程都安排的很忙。
1950年全国劳模大会在京召开，徐悲鸿带着教师们为战斗英雄和劳动模范画像，他自己先后完成了子弟兵的母亲戎冠秀和战斗英雄邰喜德等的素描和油画肖像多幅。
后来徐悲鸿看到报纸上说，为了根治鲁南和苏北的水患，导沐整沂的大型水利工程即将进行，徐悲鸿很感兴趣，他想为此创作一幅反映新中国建设面貌的大油画，为此，他亲自到工程现场进行细致的观察，然后为民工画素描肖像，在工地画速写，等体验完回京之后，他就开始积极构思导沐整沂水利工程的巨幅油画。
然而就在这个时候，因为劳累过度，徐悲鸿突发脑溢血，深夜躺在床上被廖静文发现的时候，已经半身瘫痪，说话都说不出来了，廖静文赶紧联系了中央人民医院的院长钟惠澜，将徐悲鸿送进了中央人民医院，周总理知道后，立即指示医院要尽力抢救。
抢救工作进行得很成功，徐悲鸿住了四个月的院，在病情刚刚有好转的时候坚决要求出院，回到家中进行疗养，但因着身体还很虚弱，他只能大部分时间躺在床上，根本不能工作，很多时候只能听廖静文给他读报纸、杂志、小说等。
对此，他极为遗憾，新中国刚刚成立，处处新气象，正是为新中国好好工作的好时期，然而他却只能躺在床上，如何能不遗憾？
不过，尽管他不能直接工作，但他的大脑并没有停止思考，他在病床上开始构思编制一套《爱国主义教育挂图》，意在汇集中国历代文物，编印成图，然后张挂在各个学校和公共场所，增强国人的爱国主义思想。
然而这套《爱国主义教育挂图》最终也没有成型，他根本没有时间来做这件事，1953年，等他渐渐能够起床行动后，他就开始投入到了工作中去。
他实在记挂学校的一切，于是带病到学校了解学生的成绩，检查学生的绘画作业，到毕业季，徐悲鸿又开始亲自教学，等送走了毕业班，他又开始为中央美术学院和浙江美术学院所组织的教师进修班讲课。
暑假结束之后，他又开始忙着中央美术学院的招生和开学工作，等这些都忙完了，中国文学艺术工作者第二次代表大会又即将召开，徐悲鸿自然也要参加，也是在文代会的第一天，徐悲鸿从早坚持到了晚，以至于身体承受不住，再发脑溢血，这一次没有抢救过来。
周总理知道，徐悲鸿一生为中国美术的发展和救国救民事业做出了很大的贡献，站在徐悲鸿的遗体前想了很多。
他想到就在两个月前，他还约见了徐悲鸿，向他了解中国美术界的情况和国画的发展、继承和借鉴问题。当时两人聊了很多，后来徐悲鸿离开的时候，周总理叮嘱他一定要保重身体，还将徐悲鸿搀扶进了汽车，目送着徐悲鸿的汽车离开。
周总理知道徐悲鸿新中国急需的美术界的人才，相信有徐悲鸿的带领，中国美术的发展会更上一层楼，但谁曾想，徐悲鸿就这样离开了，他才58岁。
周总理久久地注视着徐悲鸿的遗体，当他看到几位画家在描绘徐悲鸿的遗容，而雕像技术工人吉文升提着石膏和工具准备从徐悲鸿的头上翻制面膜时，周总理低声询问：“你有没有把握翻好？”
在得到肯定的回答后，周总理又叮嘱他一定要小心仔细。
中共中央文献研究室所编《*年谱》中记载，周总理在获悉因参加文代会过度劳累而再犯脑溢血的徐悲鸿逝世的消息后，到北京医院吊唁的时候还说了一段这样的话：
“徐悲鸿的死是一个永远无法补偿的巨大损失！为什么让他带病从早至晚开会？以后决不允许再有这种情况发生！”
在周总理看来，过度劳累是要不得的，应该根据身体情况来适当工作，但徐悲鸿视艺术为生命，他总觉得自己还有很多工作要做，以至于很多时候没有顾及到身体情况。
徐悲鸿病逝后，廖静文仔细检查徐悲鸿留下来的那些遗作和珍贵收藏，然后遵从徐悲鸿的遗愿，将它们全部交给了国家。
不久之后，文化部和中央美术学院、全国美术家协会共同派人来接收了这些艺术品，其中包括徐悲鸿的一千多幅画作、他所收藏的历代代表作家书画一千多件、珍贵的图书、图片、碑帖等一万余件。
