1928年11月27日，梁启超被送往北京协和医院抢救，经柏格兰教授亲自检查，发现他的痰中有一种罕见的病毒。
因病原体尚未被查出，预感到自己大限将至的梁启超嘱咐家人：“以其尸身剖验，务求病原之所在，以供医学界之参考。”很明显，梁启超是想让自己为医学献身。后来的结果表明，他痰中的罕见病毒，是免疫系统被摧毁导致的。而他的免疫系统出问题，与他在协和医院所动的切肾手术和后来的一系列治疗有关。
当然，这一结果，梁启超至死也不知情。
晚年梁启超12月，梁启超的病情进一步恶化，其子梁思成和儿媳林徽因接到了病重电报后，也已匆匆赶回。
梁启超的众子女对他的病情并不了解，所以，接到“父病重”电报后，他们都有些难以置信。梁思成后来在回忆中，曾坦言“父亲身体一向很好”
实际上，梁启超的病根，自夫人李蕙仙重病时，即1924年就已落下。妻子病逝后，沉浸在悲痛中的他，病情也一天比一天重了。
梁启超的病因出在肾上，早在1928年初，他就出现了尿血的症状。可因为怕家里人担心，他对自己的病情总是刻意隐瞒。实在瞒不住时，他就轻描淡写地一笔带过，也算是有了“交代”在一封《给孩子们的书》中，他曾就自己的病写过这么一句：“很费心造了一张《先秦学术年表》，于是小便又再红了起来。”这段话，与其说是他在向孩子们汇报病情，不如说“他在解释自己的病情无大碍”这段话的言外之意是：我小便红，是因为太操劳了，静养就好了。
除了在信里刻意隐瞒病情，梁启超还会在孩子们在他身边时，刻意强打精神，以让他们对自己更加“放心”
就在收到父亲“病重电报”的那年夏天，刚刚结婚的梁思成与林徽因曾回到过父亲身边。那段时日里，沉浸在重逢喜悦中的父亲看起来很健康，他们并不知道：他是强打着精神的。几个月前，他刚刚动的那次切肾手术，不仅没有让他的病情好转，反而为他后来的死埋下了隐患。
林徽因与梁思成协和医院的医生在对梁启超进行了一系列的检查，最终决定：切除他右侧的肾。可手术后切下来的肾却被证明“的确有些问题，但并不是病因”，如此一来，梁启超大费周章地手术后，其尿血症状并未改善。
肾切了，病却未见好转。这种结果，让一直陪在身边的梁启超的弟弟梁启勋震惊不已，他严重怀疑：是医院方误诊了。
让梁启勋更加难以接受的是：接下来，为查出病因，院方做了一些在他看来“十分荒诞的事情”院方因怀疑尿血病在牙内，因此一连拔去了梁启超七颗牙。见尿血状况仍维持，又转而认为病在胃，决定“饿几天试试”结果梁启超饿瘪了，病还是没好。
这下梁启勋坐不住了，他气急败坏地找到哥哥的治疗团队追问，得到的结果是：任公的血尿症是“一种无理由的出血，与身体绝无妨害。”这样的结果，让梁启勋和梁启超本人都震惊不已。但事已至此，他们也无计可施。
也因为梁启超术后，经历了“拔牙、断食”的所谓治疗，梁思成和林徽因匆匆赶到梁启超病床前时，他的精气神已与几个月前完全不一样了：他脸色苍白，形容枯槁，双目黯淡，宛如垂暮的老人。
“父亲才55岁！”从父亲病房出来后，梁思成一直喃喃地重复着，他怎么也不敢相信：一向精力充沛的父亲，竟突然被病魔完全打垮了。
那日，梁思成和林徽因忍不住在父亲床前泪流满面，梁启超抬眼看了看他们，眼神里却满是欣慰。看着他们已经组建了小家庭且甜蜜恩爱，林徽因又已怀孕，他怎能不欣慰呢。
梁启超病危的日子里，他的子女们一直陪在左右。他们都显得小心翼翼，生怕有一点闪失，就会危及父亲的性命。
晚年梁启超梁启超的病情持续恶化，已经到了十分危险的地步，得知消息后，他的一众学生也匆匆赶来医院探望。因为他的探望者太多，后期，医生考虑到他的身体状况，规定：亲友不能前往探望。
梁启超学生、梁思成和林徽因共同好友徐志摩赶来时，竟只能在门缝里看老师一眼。此情此景，让徐志摩感慨万千，想起昔日神采飞扬、谈笑风生的老师，他禁不住在门外失声痛哭。
让所有人都没想到的是，梁启超竟在经过一段时间的治疗后，病情有了好转。他已能开口说话，且精神良好。这个消息让梁思成等人高兴不已，他们甚至以为：父亲已经度过危险期了。于是，梁思成高兴地约了徐志摩、金岳霖等几个朋友，在东兴楼饭庄小聚。
此时的梁启超却更加强烈地感觉到“大限将至”，但他并不害怕死亡，他只忧心着自己未完成的工作。
早在几年前，他就感觉到自己身体不行了，也是因此，他才拼命地写作。仅仅1927年一年时间，他就在执教清华，每日讲课、批改作业的同时，发表了《图书大辞典薄录之部》、《书法指导》、《儒家哲学》等，总字数在30万以上。
梁启超几乎将自己的身体当成了机器使，妾室王桂荃无论如何苦劝，他也不肯休息。朋友们劝他注意身体时，他则答道：“战士战死沙场，学者死于讲座。”梁启超与王桂荃以及子女即便后来被送到了医院，他也是“只要病情略微好转，就立即出院”，从来不肯在医院多呆哪怕一分钟。
病情进一步恶化后，他不得已回到了天津静养。此时，他也被迫放下了清华研究院的教职，可他依旧不肯闲着，他提笔开始写《辛稼轩先生年谱》。
写年谱期间，梁启超每天一早就趴在了案上，到很晚时依旧不肯歇息。在他的拼命奋战下，到1928年9月24日时，他已编至辛弃疾52岁。
病情恶化后，梁启超已不能正常坐下，于是，他便坚持侧身斜坐着写稿。在被送医院后，他还念念不忘自己的《辛稼轩先生年谱》。医生严厉禁止他再提笔，他们告诉他：“你的病，就是因为过度操劳才导致的，所以，切记要静养。”最初回天津静养的那几天，梁启超果然没有去抓笔，可仅仅几日，他就待不住了。对他而言，最大的痛苦莫过于“手中无笔，眼中无书”，这种所谓“静养”，对他而言，无异于“老太爷的生活”，无异于“成了废人”
看着案头上堆满的辛弃疾的资料，梁启超终于完全忘记了医生的嘱咐，再次奋笔疾书。
梁启超写完这最后一个“生”字后，他不得已搁笔了，他没想到：这个“生”字，竟是他此生写下的最后一个字。此后，他再也没能扶起他心爱的笔。
除了《辛稼轩先生年谱》，梁启超手头未完的工作还有很多，可这最后一次病倒被送医后，想到那些工作，他只能一个劲地叹气，而不再做任何奢望了。
对于即将到来的“大限”，梁启超不仅没有任何恐惧，反而还有几分期许。他太想那些离他而去的亲人了，夫人李蕙仙去世后，他的四妹也病逝了，之后，康有为也离世了。他这次入院前一年，好友王国维投湖自杀了。不久前，他又收到了学生、好友范源濂病逝的消息……梁启超相信精神不死，所以，他在某种程度上相信人有灵魂，他曾说过：“吾辈皆有死，吾辈皆不死”也因为相信人的精神不死，他对生死看得很淡，他多少觉得：死了，就代表他将和妻子李蕙仙以及逝去的亲友团聚。
梁启超原配李蕙仙1929年1月17日，梁启超病况再度恶化。此时，距离他最后一次被送到协和医院，已经过去了一个多月。经过会诊，医生们决定为他注射碘酒。
第二天，梁启超出现呼吸紧迫，神志已处于昏迷状态。这也意味着：他已病危。梁思成急忙给供职于天津南开大学的二叔梁启勋拍发急电。
几乎就在梁思成发电报之时，梁启超病危的消息让报社知晓了，1月18日，《申报》刊出爆炸消息：“梁启超病势垂危：梁启超近日病状弥笃，医生诊断为莫奈里菌繁殖所致，殆无生望矣。”急电发出后的当日中午，梁启勋便带着思懿、思宁赶到梁启超的特别病房。他赶到时，梁启超已神志微醒，可他口不能言，只能握住弟弟的手。
梁启勋看着只剩一口气的哥哥心如刀割，他心里满是对协和医院治疗的不满。他不明白：好好的，怎么就把他的好肾给切了，之后又是拔牙又是饿他，这是个正常人也得被整死啊。何况，哥哥此前已因尿血出现贫血，哪里经得起他们这般折腾。
梁启超手术时一直陪侍左右的弟弟梁启勋梁启勋确信：是医院的误诊要了哥哥的命。梁启超自己也有这种感觉，他的好友、协和医院筹办者伍连德，在调阅了病例后责备地指出：“这病根本是内科，不是外科.在手术前从外科方面研究，实是误入歧途。”梁启超听了后，曾在给家里人的信中写道：“他已证明手术是协和孟浪错误了，割掉的右肾，他已看过，并没有丝毫病态，他很责备协和粗忽，以人命为儿戏.我屡次探协和确实消息，他们为护短起见，总说右肾是有病，现在连德才证明他们的谎话了。”但梁启超实在是个顾全大局的人，为了不让家里人谴责院方，他又自我安慰般地补充道：“总之，这回手术的确可以不必用，好在用了之后身子没有丝毫吃亏，只算费几百块钱，挨十来天痛苦，换得个安心也还值得。”哥哥的这封信，梁启勋看过了，他也因此更加痛恨医院的“孟浪”了，实际上，梁启超那次手术和后续治疗，的确是院方失误了，可这失误却也怪不得院方。毕竟，梁启超的西医团队只有X光，没有CT，尤其对瘤和癌的认识极为浅薄。如此一来，误诊也是必然。
协和医院梁启勋握着哥哥的手时，一直不住地掉眼泪，他心疼哥哥，心疼他所受的种种苦。病床上已只剩一口气的梁启超握着弟弟的手，一边喘气一边张嘴，可他却已什么都说不出了。
看向子女们时，梁启超也睁着眼、微张着嘴，他有太多话想和他们说，可病痛却已让他再不能开口说话。
人生的最后几秒里，慢慢闭上眼时，几行清泪顺着他的眼尾落下。紧接着，病房里满是哭喊声……梁启超溘然长逝的这年，年仅56岁。
噩耗传来，全国震动。一时间，唁电、唁函、挽联等从四面八方如同雪片般飞来。
梁启超死后，任公家族和社会各界的祭奠和追悼活动持续了一个多月，林微因虽怀有身孕，仍在悲痛中与梁思成一起全力操持着丧事。
按照梁启超生前愿望，梁家人将他和夫人李蕙仙合葬在了北平西山卧佛寺西东沟村。
梁启超的墓碑，碑形似榫，古朴庄重，不事修饰，正面镌刻着：“先考任公政君暨先妣李太夫人墓”十四个大字。
梁启超与原配合葬墓这块墓碑的设计者，正是梁思成与林徽因。他们怎么也没想到：他们毕业后的第一件作品，竟是为父亲设计的这座墓碑。
梁启超去世6个月后，林徽因在协和医院生下了她和梁思成的第一个孩子：女儿梁再冰。“再冰”这个名字，纪念着刚刚过世的“饮冰室主人”梁启超。
梁启超死后，曾留下了一个炮轰西医的舆论场。他的好友伍庄发出振聋发聩的心声：“益发愤求中国之医学，断不令彼稗贩西说者毁我国珍。”因为他死时确实曾被误诊，他死后四十年，竟还流传着一个关于他手术的谣言，说：“任公当年进行切肾手术时，值班护士用碘酒标错了位置，主刀医生刘瑞恒因未核实相关就进行手术，导致任公被切除了一个健康的肾。”这一谣言的最早出处，是美国学者费正清夫人费蔚梅所写的《梁思成与林徽因》一书。这当然是谣言，但所谓“无风不起浪”，此谣言能广为流传，自然也与梁启超当年确实被误诊有关。
不得不说，梁启超之死，确实令人遗憾。他的死本可以避免，若他不过度操劳，若他不被误诊，那他的寿命绝不会停在56岁……