１９６１年５月３１日，梅兰芳率领梅兰芳剧团到北京西郊的中关村，为中国科学院的科学家们演出了《穆桂英挂帅》。谢幕时，与郭沫若院长合影留念。这是梅兰芳自１９０４年第一次登台以来，在舞台上所进行的最后一次演出。
两个月后，梅兰芳感到胸部不适，遂卧病在家，后又到北京阜外医院住院治疗。经该院心脏内科主任黄宛教授与协和医院内科主任张孝骞、副主任方沂、北京医院内科主任陶恒乐等专家会诊，确认梅兰芳患的是急性冠状动脉梗塞合并急性左心衰症。
８月５日上午，听到这个消息的周总理赶到医院来了。他对梅兰芳说：“我在北戴河开会，听说你得了心脏急病，住院治疗，特地赶来看你。”梅兰芳望着这位一直关心着自己工作、生活的国家领导人，心里充满了感动：“这大热天，惊动您，我心里很不安。”
周恩来总理坐在梅兰芳的床边，给梅兰芳切起脉来，他说：“我懂一点中医，你的脉象弱一点，要听大夫的话，好好静卧休养。好在你会绘画，出院后，可以消遣。”梅兰芳一听说让他休息，有些着急，告诉周总理：“这次新疆有一条铁路落成，约我去参加庆祝通车典礼。火车票都买好了，可是走不成了，真是遗憾。”周总理忙说：“等你病好了，愿意到哪里就到哪里，国内国外都可以去嘛！但是你现在的任务是养病，一定要躺在床上。祝你早日恢复健康。”
周总理站起身来告辞，他按住挣扎着想坐起来的梅兰芳说：“心脏病，就要躺在床上静养，不要起来。”随后，转身对医生们说：“你们平时就注意我们中央领导同志的健康，像梅院长的病，应当早就发现。这次经过抢救，希望能转危为安，你们要用心护理。”临走时，周总理又对梅兰芳说：“我明天回北戴河，下次回来再来看你。”
１９６１年８月８日凌晨五时，梅兰芳的心脏病急性发作，医护人员全力抢救，终于未能控制住死神的肆虐。一代戏曲艺术大师——梅兰芳病逝。
梅兰芳治丧委员会由周恩来等六十一人组成，陈毅任主任委员。
８月９日，郭沫若惊闻梅兰芳去世的消息，赶写了《在梅兰芳同志长眠榻畔的一刹那》一文，悼念梅兰芳的逝世。
８月１０日上午，北京各界二千余人在首都剧场举行了隆重的梅兰芳追悼大会。陈毅副总理主祭，并代表中共中央和国务院表示哀悼，对梅兰芳同志的家属表示了慰问；文化部副部长齐燕铭致悼词。中央和北京市有关部门负责人周扬、张苏、夏衍、林默涵等参加了公祭。参加公祭和向遗体告别仪式的还有苏联等各国驻华使节和外交官员以及正在北京访问的一些国际友人。
９日至１０日，治丧委员会收到了来自国内外的唁电共二百八十多封。全国各大报纸均陆续刊发了有关悼念梅兰芳的各种文章。同时，世界许多报纸也报道了梅兰芳逝世的消息，有的还刊发了他的照片和生平简介。
８月２１日，香港各界人士在九龙普庆戏院举行了悼念梅兰芳先生大会。
８月２９日上午，梅兰芳的灵柩被移至北京西山碧云寺北麓万花山安葬。
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