1950年初，转移到近郊巴拉维赫疗养院，同年4月，再到达黑海疗养所疗养。5月17日，任弼时在得知朝鲜战争爆发后，与女任远芳于5月28日回国，抱病参加中共七届三中全会，请求恢复工作。10月1日，登上天安门，参加中华人民共和国国庆一周年庆典。之后他带病研究朝鲜战局，疲劳过度引起脑溢血。抢救三天后，10月27日12时36分，任弼时在北京逝世。
身后.1950年10月27日，新华社发布中国共产党中央委员会讣告，赞誉他是“中国共产党最早的党员和组织家之一”、“特别是贡献于中国共产党的组织工作