1975年9月20日下午，周恩来做住院后的第四次手术。邓小平、张春桥、李先念、汪东兴和邓颖超等在医院手术室外守候。进入手术室前，躺在手术车上的周恩来示意停下，轻声问：“小平同志来了吗？”邓小平立刻跨步靠近手术车。周恩来吃力地抽出手，紧握着邓小平的手说：“你这一年干得很好，比我强得多！”在生死难料的情况下，周恩来把自己的全部希望寄托给了老战友邓小平。
5个小时的手术结束后，医生发现，周恩来体内的癌细胞已经扩散到全身，无法医治了。邓小平内心极为悲痛，他此时只能指示医疗组，尽一切努力，“减少痛苦，延长生命”。
12月20日清晨7时，医院医护人员给邓小平打来电话请示，说周总理要找罗青长谈台湾问题。邓小平沉痛地说：“总理病成这个样，他要找谁就找谁。”12月28日午夜，医疗组对周恩来进行了抢救。邓小平被从睡梦中叫起，赶到305医院，陪同邓颖超一起守候在周恩来的病榻前。直到凌晨2时10分，看见周恩来从死亡的边缘转回来，方才离去。
1976年1月8日，周恩来不幸病逝。1月15日，邓小平忍着悲恸，代表中共中央在周恩来追悼大会上致悼词，深切缅怀老战友。邓小平的女儿毛毛回忆：“周伯伯病逝后，父母亲带领我们全家参加了在人民大会堂举行的隆重的追悼会。当最后走到周伯伯的遗像前，我们每个人都禁不住失声痛哭。”
正是周恩来竭力创造条件促成邓小平的第二次复出，才为邓小平在粉碎“四人帮”以后更辉煌的第三次复出奠定了基础。周恩来去世后，邓小平坚定地接过了周恩来亲自倡导却没来得及实现的四个现代化事业，并为之奋斗了一生。1998年，中央文献研究室编写的《周恩来传》出版。此时邓小平虽已去世一年多了，但他在生前特意为这部书题写书名，这是两位伟人兄弟般情谊的历史见证
