11月10日，白求恩高烧不退，聂荣臻派人送来急信，再次命令他：“立即回唐县花盆村军区后方医院治疗！”随后又派医生携带药品器械赶来，要部队不惜一切代价把白求恩安全转移出来。医疗队采取了一切紧急措施和外科处理办法，但他的病情仍不见好转。下午3点，护送白求恩的担架到达唐县境内黄石口村。白求恩已感觉到了自己的危险，他坚决要求担架停住。村长陈同勋安排一行人下榻在村口邸俊星家。这时，白求恩脸色蜡黄，左臂已变成黑色。当聂荣臻派来的人员赶到时，白求恩的病情更加重了，曾一度昏厥过去。终因伤势恶化，转为败血症。
白求恩病危的消息，牵动了晋察冀边区每个知情人的心。村民送来了上等的红枣、柿子；路过的八路军战士隔窗献上了特有的军礼……由于病情没能好转，医生林金亮只好建议截掉左臂。白求恩摇摇头，平静地说：“没必要了，我是相信你们的，但我已经不单是胳膊里的问题了，我的血液被病毒感染，得了脓毒败血症，没有办法了……请转告毛主席，感谢他和中国共产党对我的教育。我相信，中国人民一定会获得解放，遗憾的是我不能亲眼看到新中国诞生了……”
11月11日早晨，在生命弥留之际，白求恩顽强地坐起来，用颤抖的手给聂荣臻和翻译朗林分别写了一封长信。
最后的遗言他给聂荣臻所写的最后遗言如下——亲爱的聂司令员：
今天我感觉非常不好……也许我会和你们永别了！请你给蒂姆·布克（时任加拿大共产党书记）写一封信，地址是加拿大多伦多城威灵顿街第十号门牌。
用同样的内容写给国际援华委员会和加拿大民主和平联盟会。告诉他们，我在这里十分快乐，我唯一的希望就是能够多有贡献。这些信可以用中文写成，寄到那边去翻译。
把我的相片、日记、文件和军区故事片等一概寄回那边去，由蒂姆·布克分散，并告诉他有一个电影的片子将要完成。所有这些东西都装在一个箱子里，用林赛下先生送给我的那18美金作寄费。这个箱子必须很坚固，用皮带捆住锁好，再外加3条绳子保险。
请求国际援华委员会给我的离婚妻子拨一笔生活的款子，或是分期给也可以。在那里我（对她）应负的责任很重，决不可以因为没有钱而把她遗弃了。向她说明，我是十分抱歉的！但同时也告诉她，我曾经是很快乐的。
两个行军床，你和聂夫人留下吧，两双英国皮鞋也给你穿了。马靴和马裤给冀中的吕司令。贺龙将军也要给他一些纪念品。
……给我的小鬼和马夫每人一床毯子，并另送小鬼一双日本皮鞋。照相机给沙飞，贮水池等给摄影队。
医学的书籍和小闹钟给卫生学校。
……最近两年是我平生最愉快、最有意义的日子，感觉遗憾的就是稍显孤闷一点。同时，这里的同志，对我的谈话还嫌不够……我不能再写下去了。让我把千百倍的谢忱送给你和其余千百万亲爱的同志。
