Ngày 1/6/1974, Chu Ân Lai rời khỏi Tây Hoa Sảnh, khu nhà làm việc của Thủ tướng Trung Quốc ở Trung Nam Hải, để vào Bệnh viện 305. Trước đó 1 ngày, bà Đặng Dĩnh Siêu (phu nhân Chu Ân Lai) đã gọi điện báo Chu Bỉnh Đức, cháu gái đồng thời là con nuôi của Chu Ân Lai về ăn trưa với ông tại Tây Hoa Sảnh, mặc dù hôm đó mới là ngày thứ sáu.
Trong bữa cơm hôm đó, Chu Ân Lai ăn rất ít nhưng ăn xong ông vẫn ngồi lại bàn và gắp thức ăn cho mọi người. Thông thường, Chu Ân Lai ăn rất nhanh và không hề nói chuyện. Ông luôn là người đầu tiên rời khỏi bàn ăn cho dù là bữa cơm gia đình hay ngồi ăn chung với các nhân viên làm việc tại Tây Hoa Sảnh. Ông làm như vậy để mọi người ăn uống được tự nhiên, và cũng do ông bận quá nhiều công việc. Tuy nhiên ngày hôm đó, Chu Ân Lai ngồi nguyên tại chỗ và nhìn cô cháu gái với ánh mắt dịu dàng thân thiết.
Sau bữa cơm, Chu Ân Lai nói với cháu gái rằng, ông sẽ phải nhập viện. Chu Bỉnh Đức rất mừng vì bác mình đã tranh thủ thời gian đi khám mặc dù trước đó, gia đình và các nhà lãnh đạo Trung Quốc đã yêu cầu nhưng ông chưa thực hiện.
Từ năm 1965, khi phát hiện thấy Chu Ân Lai bị bệnh tim, Mao Trạch Đông đã yêu cầu ông giảm bớt thời gian làm việc đồng thời phân công Đặng Tiểu Bình đảm nhận một phần công việc hàng ngày của Chu Ân Lai. Năm 1967, bác sĩ kiểm tra và kết luận bệnh tim của Chu Ân Lai đã nghiêm trọng hơn, kết quả điện tâm đồ cho thấy động mạch vành cung cấp máu không đủ.
Chu Ân Lai đã chỉ đạo cho thư ký của mình không được để thông tin này lọt ra ngoài. Tuy nhiên, ngay sau đó các nhân viên của Chu Ân Lai đã viết và dán một bản yêu cầu lên cửa phòng làm việc của ông với nội dung: “Đề nghị Thủ tướng thay đổi phương thức làm việc và thói quen hàng ngày để đảm bảo sức khỏe”.
Bà Đặng Dĩnh Siêu cũng viết thêm vào phía dưới những yêu cầu của mình: “Rút ngắn thời gian làm việc vào ban đêm, các hoạt động hội họp, đàm thoại... cần có thời gian giãn cách để nghỉ ngơi, không nên làm việc liên tục, sắp xếp công việc hàng ngày cần có thời gian trống để đề phòng có việc phát sinh bất ngờ...".
Chu Ân Lai đã viết ý kiến của ông ngay bên dưới như sau: “Thành khẩn tiếp thu, sẽ thực hiện theo thực tế công việc”. Đến cuối tháng 4/1967, Chu Ân Lai thực hiện một chuyến công tác bằng máy bay xuống Quảng Châu để xử lý vấn đề liên quan đến lĩnh vực xuất nhập khẩu hàng hóa.
Trong chuyến công tác này, sổ công tác của Chu Ân Lai tại văn phòng còn ghi: “Sáng sớm ngày 27 đến chiều ngày 28, do bệnh tim phát tác nên Thủ tướng đã không thể làm việc trong suốt hơn 30 tiếng”.
Chu Ân Lai nói với bà Đặng Dĩnh Siêu rằng: “Cứ đến khoảng 8 giờ sáng là tinh thần của tôi không ổn, tay thường bị run”. Cuốn sách “Truyện về Chu Ân Lai” đã thống kê khoảng thời gian làm việc liên tục kỷ lục của ông là hơn 50 giờ đồng hồ khi ông tập trung xử lý sự kiện Lâm Bưu năm 1971. Khi đó ông đã 73 tuổi.
Sau khi có kết quả chẩn đoán, Phòng Nghiên cứu văn hiến thuộc Trung ương Đảng Cộng sản Trung Quốc, nơi xuất bản cuốn “Truyện về Mao Trạch Đông” đã viết: “Đọc xong báo cáo về tình hình sức khỏe của Thủ tướng Chu Ân Lai, Mao Trạch Đông lộ rõ tâm trạng nặng nề rất hiếm khi thấy ở Chủ tịch. Các bác sĩ cũng cho biết việc phẫu thuật sẽ rất nguy hiểm và đề xuất biện pháp chữa trị bằng Trung y theo phương pháp y học cổ truyền.
Mao Trạch Đông đã đích thân phê duyệt phương án điều trị cho Chu Ân Lai nhưng yêu cầu giấu kín về tình trạng bệnh tật với Chu Ân Lai và bắt buộc ông phải nghỉ ngơi nhiều hơn”.
Chu Ân Lai mặc dù không được báo cáo về kết quả kiểm tra sức khỏe nhưng cũng nắm rõ được tình hình thể trạng của bản thân mình thế nào. Một mặt Chu Ân Lai nghiêm chỉnh tuân thủ các yêu cầu điều trị của bác sĩ, mặt khác ông vẫn tiếp tục tập trung làm việc thậm chí còn nhiều hơn trước.
Tuy vậy, bệnh tình của Chu Ân Lai lần này đã không có được những tiến triển tốt như mọi người hy vọng. Những ký ức về Chu Ân Lai của Chu Thừa Đức đã ghi: “Thủ tướng không ngừng đi tiểu ra máu nhưng thỉnh thoảng máu đông vẫn làm tắc niệu đạo và ông rất đau đớn. Ông thường phải lăn đi lăn lại trên sàn nhà rồi mới thoát được cảnh đó”. Các nhân viên phục vụ đã xếp một chiếc giường lớn ông vẫn dùng tiếp khách quốc tế vào phòng ngủ để khi cần ông có thể lăn trên giường thay vì làm việc đó dưới sàn nhà.
Đến tháng 5/1974, bệnh tình của Chu Ân Lai càng nghiêm trọng hơn, biện pháp lăn đi lăn lại cũng không giúp được và sau khi tự viết đề xuất tiến hành phẫu thuật gửi lên Chủ tịch Mao Trạch Đông, ông đã nhập viện ngày 1/6/1974...
Chiều ngày 20/9/1975, Chu Ân Lai được phẫu thuật lần thứ 4 kể từ sau khi ông nhập viện. Đợi bên ngoài phòng phẫu thuật có Đặng Tiểu Bình, Trương Xuân Kiều, Uông Đông Hưng và bà Đặng Dĩnh Siêu. Các tế bào ung thư đã lan ra toàn thân Chu Ân Lai.
Sau khi được phẫu thuật, ban đầu Chu Ân Lai còn có thể tự đọc báo, xem tài liệu, báo cáo mặc dù rất vất vả nhưng sau đó ông đã phải nhờ đến các y tá đọc hộ. Khi đó, nhóm “Bè lũ bốn tên” do Giang Thanh cầm đầu đang có ưu thế nên ngoài những lúc làm việc các y tá và bác sĩ chăm sóc cho Chu Ân Lai thường thấy ông nằm im lặng nhìn lên trần nhà suy nghĩ hoặc thở dài. Thậm chí, Chu Ân Lai còn từ chối không để người thợ vẫn cắt tóc cho ông hơn 20 năm qua vào bệnh viện phục vụ ông mặc dù ông Chu Điện Hoa đã gửi tới Chu Ân Lai lời thỉnh cầu được làm việc đó.
Cuốn sách “Truyện về Chu Ân Lai” đã ghi lại việc này: “Cuối tháng 12, Thủ tướng đã từ chối lời thỉnh cầu của
Từ giữa tháng 12, Chu Ân Lai đã không tự ăn uống được, việc duy trì sự sống của ông hoàn toàn dựa vào các loại ống truyền: ống truyền thức ăn, truyền dịch, truyền máu, ống thông tiểu... thậm chí việc xoay người cũng hạn chế.
Để giảm bớt đau đớn cho Chu Ân Lai, các bác sĩ đã cho ông sử dụng thuốc ngủ và thuốc giảm đau. Ban đầu mỗi mũi tiêm giảm đau còn có tác dụng từ 4 đến 5 tiếng, nhưng càng về sau thời gian hiệu quả của thuốc chỉ còn một nửa... Chu Ân Lai vẫn cố chịu đau nhưng có những lúc ông không chịu được nữa và phải yêu cầu bác sĩ tiêm thêm thuốc.
Trong những giờ phút cuối cùng của cuộc đời, Chu Ân Lai vẫn không để bệnh tật ảnh hưởng đến công việc. Từ khi nhập viện năm 1974 đến khi qua đời, theo thống kê trong cuốn sách “Niên phổ Chu Ân Lai” thì ông đã phải trải qua 13 lần phẫu thuật và cứ trung bình 40 ngày, Chu Ân Lai lại phải lên bàn phẫu thuật 1 lần. Tuy nhiên chỉ cần sức khỏe hơi hồi phục là Chu Ân Lai lại bắt tay vào công việc.
Ngoài xử lý các văn kiện, tài liệu, Chu Ân Lai đã nói chuyện với các nhà lãnh đạo trung ương 161 lần, nói chuyện với lãnh đạo các ban, ngành trung ương 55 lần và tiếp khách quốc tế 63 lần, tham gia 20 cuộc họp được tổ chức ngay tại bệnh viện nơi ông điều trị, xuất viện tham gia 20 cuộc họp và nhiều lần xuất viện đi thăm hoặc làm việc với các lãnh đạo trung ương.
Ngày 7/1/1976, khoảng 23 giờ, Chu Ân Lai nói với bác sĩ trực bên cạnh giường ông bằng giọng yếu ớt: “Ở đây tôi không có chuyện gì, đồng chí hãy đi chăm sóc những bệnh nhân khác cần bác sĩ hơn”.
Đến 8 giờ ngày 8/1/1976, Chu Ân Lai qua đời, thọ 78 tuổi. Thi thể Chu Ân Lai được hỏa thiêu và tro được rải từ máy bay xuống các ngọn đồi và thung lũng, theo đúng nguyện vọng của ông
