到蘇聯進行治療後，任弼時的健康已經恢復得相當不錯
任弼時的身體狀況一直不好，中共中央剛進北平，就於1949年4月18日作出決定：任弼時必須休息。決定當天，他就在醫生陪同下，住進了玉泉山休養所。5月，休養中的任弼時病情不僅沒有好轉，反而趨向惡化，出現前所未有的昏迷症狀。正因為如此，10月1日新中國成立的開國大典，他沒能登上天安門城樓，而隻好在玉泉山通過收音機來聽隆重盛典的實況轉播。
斯大林了解到任弼時的病情後，主動派了一個蘇聯醫療專家組到中國。蘇聯醫療專家們為任弼時做了認真的檢查。在會診的報告上，蘇聯醫療專家們寫道:“……嚴重的高血壓症，腦血管有明顯硬化之症，心臟初期機能障礙，腎初期硬化，肝臟肥大，可能引起新陳代謝障礙;並有糖尿病，但尚不嚴重……”因此，專家們建議任弼時到蘇聯進行治療。任弼時於1949年12月初抵達莫斯科，先是在克裡姆林宮醫院，經過了20多天的治療後，轉往巴拉維赫療養院療養。到1950年春季，任弼時的健康已經恢復得相當不錯。
身為中共五大書記之一的任弼時，在新中國成立前後，當別的領導人政務紛繁、旰食宵衣之際，自己卻始終作為一個病號，成天與醫生和藥劑打交道，涉足范圍不出病房和療養院，內心十分苦惱。所以當他病情有所好轉，便急切地要求回到祖國，與戰友們一起分擔繁忙的政務。
5月，克裡姆林宮醫院再次為任弼時做了全面檢查，認為他在蘇聯的醫治和療養已顯成效，可以回國適量地參與工作。5月28日，任弼時從蘇聯回到北京，他帶回了克裡姆林宮醫院的體檢報告。當時主管中央保健委員會的傅連璋看了蘇方的體檢報告後，隨即給毛澤東及中共中央擬寫了一份有關任弼時病情的報告。
回國恢復工作後，忙碌的工作使病情加劇，終於不治
1949年春，任弼時與秘書王發武在北平
在初回國後的一段時間，任弼時遵照醫生建議，每天隻是在家“練習工作”，不過2∼4小時。然而，眼見新中國誕生初期紛繁的工作頭緒，戰爭、經濟、內政、外交，各位領袖都比建國前更為忙碌的情景;特別是6月25日，朝鮮戰爭爆發兩天後，美國的第七艦隊進入台灣海峽，遠東局勢驟然緊張，任弼時再也無法安於自己置身事外的休養狀態，馬上給毛澤東和中共中央寫了一封信，要求分擔中央的部分工作。毛澤東見任弼時信後，即作批示:同意任弼時意見，試做工作，每日不超過4小時，主管組織部和青委。
恢復工作後的任弼時，就根本無法把自己的工作時間限制在4小時內，結果不久就又出現身體不適。9月、10月，是原定的休假時間，可當保健大夫們催促他休假時，他卻提出等到12月再說。保健大夫們也奈何不得，隻好依著他。這一年的10月1日，他還登上了天安門城樓，與其他四位中央書記毛澤東、劉少奇、朱德、周恩來一起，檢閱了三軍將士及數十萬游行群眾，這使他未能參加開國大典的遺憾得到補償。
朝鮮戰爭爆發後，就是否出兵援朝問題，中共中央接連開會商議相關事宜，有時議題一說開就延續至次日凌晨。任弼時也出席了會議，而且不顧有關部門和保健大夫到睡眠時間就退席的約束，也參與議事拖到午夜。這樣一來，他的身體再度受到嚴重傷害，潛伏下病情驟然加劇。
就在中國人民志願軍入朝後第一戰役打響的前一天，任弼時白天工作了一天。晚上，他召集有關人員談論即將召開的全國組織工作會議事宜。入夜以後，他又翻看起秘書拿來的毛澤東有關作戰部署的電報。這一夜，他沒能休息好，加之近一個時期的過度操勞和費神，使他次日拂曉即感到頭疼和不適。
1949年冬，任弼時與李富春在北京
10月25日早晨五六點鐘的時候，住在保健委員會值班的力伯畏，突然聽到電話鈴響。電話是任弼時夫人陳琮英打來的，說任弼時今晨情況不太好。陳琮英打電話時，任弼時還沒出現特別嚴重的症狀，類似早晨起床後感到頭疼不適的情況以前也出現過，力伯畏放下電話同傅連璋打了個招呼，就立即騎上自行車，趕往任弼時家。
“我進屋看見任弼時，他還朝我抬了一下手，我想他是和我打招呼。可是他的手臂剛抬起來，馬上就掉下來了，繼而話也說不出來了。我知道他的老毛病就是高血壓，就趕緊給他量血壓，發現他的血壓很高。我立即通過電話向傅連璋匯報，傅連璋馬上就趕來了。”力伯畏回憶道。
傅連璋發現情況嚴重，馬上請陪任弼時來華的蘇聯專家過來，同時邀請了幾位中國的著名專家前來會診。他們在任弼時的家中展開了搶救。
隨著搶救時間的延續，醫生們感覺到任弼時的生命已處於非常危險的狀態。傅連璋遂向毛澤東和中共中央發出了任弼時病危的通報。通報說:“任弼時同志今早7時發生中風現象，右半身癱瘓（即半身不遂），失語，血壓230，脈搏100，大汗，病情嚴重……”
通報發出後，獲悉此訊的一些在北京的中共領導人，來到任弼時家看望。來得最早的是北京市委書記彭真，因為有公務在身，他了解了搶救的情況後，又匆匆離去。他走時對力伯畏說:“有新情況馬上告我埃”
在當時的醫療技術和設備條件下，雖然蘇聯專家和中國的專家們盡了自己的最大努力，還是未能將任弼時從死亡線上拯救回來。
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