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1942年12月初，焦裕祿等人被捆上汽車，拉到膠濟鐵路張店車站憲兵隊，關押一個多月后，又輾轉被押至濟南。焦裕祿等人在濟南的訓練所被訓練七天。在輪流接受身體檢查后，偽軍把焦裕祿等人交給撫順勞工招募所，每人發一套破棉衣，押上火車運往滿洲國，1943年2月被押到撫順大山坑煤礦當苦工。撫順煤礦當時被稱為“千金寨”，是日本南滿洲鐵道株式會社控制的最大煤礦。日軍在華北等地抓捕的類似焦裕祿的“特殊工人”有4萬余人，每天在煤窯里干15個小時以上的苦工，到抗日戰爭結束時只剩七、八千人，大部分被折磨死亡。和焦裕祿住在一個工棚的23個人，在兩三個月里，就有17人被折磨死去。1943年6月，焦裕祿從煤礦跑出，逃到撫順消防隊一位姓鄭的老鄉處。1943年8月，焦裕祿通過鄭老鄉坐汽車到沈陽買火車票回到家中。
焦裕祿回到家鄉不久，鄰村夏莊成立了一支隊伍，名義上是漢奸隊，實際上是以此作為掩護打日軍。焦裕祿與叔家弟弟焦裕禎一同參加了該隊伍，分到第四連當兵。這支隊伍僅有二十多人，三四支破槍，每頓飯每人只能分得一個谷糠窩頭。三、四天后，焦裕祿在夜里趁小便之機當了逃兵，躲進西山。
1943年，焦裕祿夫婦帶著孩子逃荒來到江蘇省宿遷縣城東十五里的雙茶棚村，在早已逃荒來此的博山縣黃臺村幾戶同鄉家住下。焦裕祿給開飯鋪的張家擔水為生。半個月后，張家介紹焦裕祿到宿遷縣城東二里的園上村（2010年代為宿遷市宿豫區順河鎮雨露社區13組）地主胡家當雇工。此后焦裕祿在胡家當了兩年雇工，起初只是擔水、劈柴，后來成為胡家主人、商會副會長胡杰生的貼身傭人。據說因為家里沒有男丁，胡杰生還準備把焦裕祿認作干兒子，所以后來胡家不但讓焦裕祿認字，還教焦裕祿做生意。焦裕祿還經常隨信佛的胡杰生到前大庵進香，常主動為前大庵打掃衛生。
1945年7月間，新四軍解放宿遷縣，成立人民政權，工作人員接連開會，焦裕祿由此得知家鄉也解放了，于是焦裕祿等逃荒來的幾位同鄉便推著小車一起回到家鄉。
1945年8月，抗日戰爭勝利，焦裕祿也自宿遷縣回到家鄉。當時，博山縣城仍在日偽軍占領下尚未解放，北崮山村成立了民兵連，支援解放博山縣城。民兵連的民兵隊長焦方開動員焦裕祿當了民兵。那時北崮山村有27個民兵，28支槍，100余發子彈。民兵連抓漢奸，到敵占區偵察，碰到搶百姓糧食的地主還鄉團也打。焦裕祿很快擔任村里的民兵班長，隨民兵連參加了解放博山縣城的戰斗。
1946年1月，經焦方開介紹，焦裕祿在北崮山村焦念禎家的一間老屋里秘密宣誓加入中國共產黨。不久，被派到博山縣八陡區武裝部任干事。有一個時期，民兵缺乏彈藥，焦裕祿就根據上級指示，利用煤礦爆破經驗，帶領民兵積極學習自制地雷、布地雷陣，摸黑到敵據點旁邊埋地雷，放冷槍、罵陣，故意刺激敵軍出動，被地雷炸死炸傷。焦裕祿打仗聰明，多次粉碎了還鄉團的陰謀，保護了崮山根據地。
1947年7月，為配合劉鄧大軍千里躍進大別山、陳粟大軍經略中原，開辟、鞏固新解放區，中共中央華東局在山東解放區抽掉干部隨軍南下，崮山區武裝部選送了焦裕祿。焦裕祿被調到渤海區南下工作隊，集訓后分配到淮河大隊一中隊任班長，參加土地改革復查工作。。南下工作隊行軍途中，每當停下休息時，焦裕祿都會教戰友識字，或者表演山東快書、拉二胡。他還被中隊領導選中，參與排演反映地主階級殘酷剝削勞動人民的大型歌劇《血淚仇》，扮演劇中主人公——苦大仇深的貧雇農王東才。因其身世與王東才極為相似，一接觸劇本就產生了強烈的共鳴。南下工作隊邊行軍邊演出《血淚仇》10多場。南下途中，他經常替身體差的隊員扛背包、背干糧袋。最多時，他一個人竟背了4個人的背包。
1948年1月，焦裕祿隨渤海區南下工作隊進入河南省境內，抵達豫皖蘇解放區，被分配到尉氏縣彭店區（今為鄢陵縣彭店鎮）發動群眾建立根據地、剿匪、分地、治沙，焦裕祿任區隊指導員，把自己的聯系點選在了劉庚申家，就喊比他大一歲的劉庚申為“哥哥”，對劉庚申的老母親說：“以后您有兩個兒子啦!”當地人印象中，焦裕祿高個兒，黑瘦，兩只大眼，群眾都喊他“小焦”。多次率部剿滅土匪。在彭店區委的領導下，群眾很快就發動起來了；焦裕祿做政治宣傳，堅持依靠貧雇農，廣泛發動群眾，建立了農會和民兵組織，開展了土地改革，沒收了地主浮財，分了地主土地。1948年3月，鄢陵縣保安團長洪啟龍率部400多人襲擊彭店區，當時區里的干部民兵總共只有十五人，三支短槍，十支長槍。焦裕祿把干部、民兵混編為3個組，當鄢陵縣保安團逼近離彭店村幾十米時，焦裕祿鳴槍發令，十多支槍齊射，埋伏的群眾蜂涌而起，齊聲高喊：“沖啊！沖啊！”保安團以為遇到解放大軍主力部隊，當即撤退。 。1948年5月，焦裕祿調到尉氏縣委宣傳部任干事。正當夏初小麥要開鐮收割時，縣委接到情報：整編第75師準備掃蕩豫皖蘇第五分區搶糧。焦裕祿迅速趕到彭店區向基層干部和群眾講明敵情和縣委指示精神，帶領群眾一面搶收麥子，一面隱藏轉移。待整75師趕來時，田里的麥子已收打完畢，不但沒有搶到麥子，反而連遭伏擊，被迫撤退。1948年9月，焦裕祿被任命為尉氏縣彭店區副區長兼區武裝部部長，抓鎮壓土匪和土地改革工作。焦裕祿在發動群眾時，擅長自編或激昂或詼諧的打油詩，在土地改革、剿匪反霸斗爭中都起了很大作用。當時縣委宣傳部只有3名干事，尉氏縣委書記兼縣長張申的妻子續凱也是老革命，時任尉氏縣委宣傳部長。張申一次到縣委宣傳部，遇上焦裕祿：“這是我第一次見到焦裕祿，小伙子看上去很年輕，20多歲，很精神。”“后來又經過幾次接觸，我感到小伙子很能干，我想給他更重的擔子。于是，我就私下里對焦裕祿進行考察，經考察發現，焦裕祿出身貧苦，苦大仇深，根紅苗正，階級覺悟很高、工作有思路，我就把他派到大營當副區長。”1948年8月焦裕祿任尉氏縣大營區副區長兼武裝部部長。當時，該地是號稱“大營九崗十八洼，洼洼里頭有響馬”的土匪窩。1948年11月淮海戰役打響后，按上級指示，張申負責組織尉氏、長葛和扶溝三縣的地方黨組織發動群眾組成支前的運輸隊和擔架隊，共組織了600副擔架，4個人抬一副擔架，民工隊伍以黨團員為骨干，包括很多積極分子，開往前線。張申回憶：“走到太康一帶，謠傳說前面有蔣介石的飛機在轟炸，一些民工就嚇得脫離隊伍逃跑了。”“焦裕祿聽說后非常生氣，領著一些精干黨員追趕，很快就把這些逃跑的民工抓了回來，狠狠地訓了一頓。”焦裕祿因為此事受到了張申的批評：“民工都是自愿的，不想干就可以回去，不能強制。”等他們的民工隊趕到蒙城時，戰場已經前移，擔架隊抬著許多傷兵送往后方醫院。焦裕祿從這件事吸取教訓，在他后來到蘭考主持工作時，專門制定了《干部十不準》，其中一條就是“不許強迫群眾做任何事情”。三大決戰勝利后，根據上級指示，尉氏縣動員群眾報名參軍。縣委書記張申回憶：
當時剛解放，老百姓的覺悟還不是很高，如何提高群眾的積極性，發動群眾，支援戰爭，我思前想后，當時戰亂與饑荒不斷，農民餓死的不計其數，很多人在逃荒的路上，因饑餓倒斃于溝壑，慘不忍睹。我率領干部群眾，將這些無人收拾的尸體統一安葬，并準備召開一場隆重的公祭大會。怎樣讓公祭大會變成動員會、把群眾革命的積極性調動起來，我就想通過祭文來激起人民群眾對舊社會的仇恨，讓他們明白不推翻蔣家王朝，是永遠過不上好日子的。誰來寫祭文，只能找一個苦大仇深又有文化的人來寫，這個人，非焦裕祿莫屬。于是，我就讓焦裕祿來撰寫祭文。”
焦裕祿只用了一夜工夫，就寫出一篇感人肺腑的祭文：“風打頭，雨打臉，干了一年又一年……”
第二天，在尉氏縣城北一座大廟前面的廣場上，全縣萬人公祭大會正式舉行，方圓幾十里趕來的群眾燒紙燒香，放鞭炮，超度亡魂。在公祭大會的高潮，張申讓焦裕祿朗誦祭文。這篇祭文在焦裕祿的聲淚俱下的朗誦下，參加公祭大會的所有群眾都為之感動落淚，現場哭成一片。借此機會，黨員干部積極激發群眾“挖苦根”，發動窮人對腐敗的國民黨政府和為富不仁的地主階層的仇恨化悲痛為力量。接著，我和焦裕祿發動義憤填膺的群眾參加革命，一起推倒蔣介石政權、解放全中國，號召青年農民當兵入伍。結果公祭大會變成了招兵動員大會，小伙子們紛紛報名，非常踴躍。
“不想，這一紙祭文起這么大的作用，當我們宣布報名參軍時，大家非常踴躍。我和焦裕祿請他們跟家人商量好，三天以后再來，結果很多人第二天就來了，很快就招了一二百人，交給部隊直接帶往前線，尉氏縣順利地完成了征召新兵的工作。”
1949年8月，時任尉氏縣委書記趙仲三提議下，焦裕祿被提升為大營區委副書記兼大營區區長。
中華人民共和國成立后，任青年團縣委副書記。焦裕祿與尉氏縣團縣委干部徐俊雅相識、相愛、結婚、生子。1952年春，陳留地委宣傳部長張申推薦，焦裕祿調任青年團陳留地委宣傳部部長。1952年7月陳留專區改稱鄭州專區，焦裕祿任青年團鄭州地委宣傳部部長、青年團鄭州地委第二書記。
隨著第一個五年計劃開始，特別是建設156項重點工程，大批干部被調入工業戰線。1953年6月，焦裕祿調到洛陽礦山機器廠籌建處工作。最初他擔任該廠臨時公路總指揮，領導修建了一條自洛陽老城區通向工地的公路。期間他與其他黨員、團員讓出工棚給群眾住；他領導大家連夜修浮橋，興建了澗西大橋。
1954年，洛陽礦山機器廠黨委決定選派焦裕祿和其他4人到哈爾濱工業大學學習。焦裕祿小學只讀了4年，其他4人的情況也類似。哈爾濱工業大學首先為他們安排了速成課程，以使他們先達到高中文化程度，再編入本科班學習。焦裕祿等人發憤學習，終于補考通過。但在即將編入本科班學習時，洛陽礦山機器廠調整了培訓計劃，緊急將他們召回廠里。
1955年春，在洛陽礦山機器廠的安排下，焦裕祿率領上過哈爾濱工業大學預科班的4人以及另外其他12名職工到大連起重機器廠實習，焦裕祿任第二金工車間實習主任。在一年實習期內，焦裕祿努力學習并掌握了管理業務，提出了經營管理、政治思想工作等方面的建議，在大連起重機器廠廠報上發表文章，并曾在廠里用二胡表演節目。大連起重機器廠黨委決定派兩位工程師到洛陽礦山機器廠工作，以換取將焦裕祿留在大連起重機器廠，但焦裕祿婉拒了這一決定。
回到洛陽礦山機器廠后，焦裕祿任第一金工車間主任。1958年，第一金工車間設備仍沒完全安裝到位，便接受了制造中華人民共和國第一臺2.5米雙筒提升機的任務。研制期間，焦裕祿天天在車間睡長條板凳。“焦裕祿為什么不在床上睡？他怕睡的時間長，耽誤了進度。”這條長板凳只能側躺。一翻身，人就滾到地上醒過來，醒過來就起身接著干活兒。不迷信蘇聯專家，用靈活的土辦法解決了卷揚機制造中的許多問題，成功完成了任務，這成為中華人民共和國重工業起步的里程碑之一。1959年，洛陽礦山機器廠全面投產，焦裕祿調任廠調度科科長。在調度科科長任內，他經常深入各車間了解情況并解決問題，還幫助工人解決思想問題和家庭困難。
因工作過度勞累和飲食不規律，焦裕祿患上肝病，廠黨委多次動員他住院治療，但焦裕祿一直帶病堅守工作崗位。
在中共河南省委（第一書記為吳芝圃）的領導下，河南省在1958年“大躍進”中連放衛星、大刮浮夸風，隨后在三年困難時期成為困難最為嚴重的省份之一，大批群眾餓死。大批饑餓的農民逃荒，農村形勢不穩，農業生產低落。在這種嚴重的形勢下，1962年3月下旬，國務院副總理李富春和中南局第一書記陶鑄來河南視察，省委第一書記劉建勛匯報了精簡下放和生產救災情況后，專門列出了25個重災縣，提出：由于當地人民生活非常困難，加之一系列政治運動后，領導力量元氣大傷，格外缺乏干部，請示從城市機關和重點企業抽調一批優秀干部加強貧困縣的領導工作。經李富春、陶鑄批準同意， （省委）“決定從洛陽大工廠調出原由地方支援工業的25名干部，加強重災縣的領導工作。焦裕祿同志就是其中的一個。” “為加強農業”，1962年6月，中共河南省委調焦裕祿任尉氏縣委書記處書記，排名在書記之后，縣長之前，也就是縣里的二把手。。
1962年10月秋收時節，蘭考縣因當年春季風沙毀了21萬畝麥子，入秋洪水淹了23萬畝莊稼，10萬畝鹽堿地顆粒無收，沙荒、鹽堿、澇地占總耕地面積的41.8%，全縣糧食畝產量只有43斤，總產量6825萬斤，耕地89萬畝，年底全縣共缺糧660萬公斤、全縣36萬人中有近20萬是災民，蘭考縣各生產大隊都開具證明，準許災民外出謀生，實際是討飯活口，中原各個城市一群群衣不遮體的逃荒人把破碗一伸，口音都是“俺是蘭考的，成分貧農!”遠走他鄉的要飯大軍形成了滾滾洪流。開封地委意識到大災當前，必須徹底重組蘭考縣委班子，特別是縣委第一書記。地委征求了幾名夠格當縣委第一書記的干部的意見，但他們都有畏難情緒，表示不愿去。開封地委書記張申回憶：“我在檢查開封各縣工作中，發現時任蘭考縣的縣委書記王某因工作能力問題，縣委工作失誤很多，影響很大；并且，他本人生活作風也有問題。”“我提議把他換下來。但在人選上卻費了一番周折。當時，物色了幾個人選，面對蘭考的困難，他們都不愿去，或者婉言拒絕，或者直截了當拒絕，其中一個縣委書記，我給他談罷話，沒有當面拒絕，立即跑到廁所里哭鼻子，后來有人勸他直接找我說，他才找到我說這說那，我就放棄了。”最終，開封地委書記張申作為解放戰爭年代尉氏縣委書記、焦裕祿的老領導，地委書記處書記趙仲三作為洛陽礦山機器廠廠辦公室主任也了解焦裕祿，兩人向地委提議啟用焦裕祿主政蘭考縣。1962年11月3日開封地委開會研究蘭考縣委第一書記問題，在聽取趙仲三的調查匯報之后，地委決定向向河南省委請示“蘭考縣委第一書記×××任開封專署林業局長，尉氏縣委書記處書記焦裕祿任蘭考縣委第一書記。”1962年11月6日，河南省委組織部干部處干部在審閱開封地委上報的任免請示時，認為焦裕祿在工業戰線時間較長，回縣工作時間太短，在任免干部審批表上寫：“該同志據說已離開農村十年了，剛又回到農村才兩三個月，馬上任第一書記，需考慮。”當天省委組織部干部處開會研究開封地委的請示報告，對焦裕祿到蘭考任職，形成了“采取兩步走的辦法，先任第二書記，待熟悉一段后再任第一書記為好”的意見。11月7日，省委組織部辦公會研究開封地委的請示報告，不同意本部干部處的意見，“部辦公研究，與地委聯系，×是否需馬上調離，再研究焦的任職。”接到省委組織部的反饋，開封地委分析蘭考現狀，決定再向省委反映，堅持換將及調焦裕祿去蘭考主政。11月29日，開封地委組織部干部科賀廷瑞副科長給省委組織部打電話，轉達“地委意見，焦裕祿任縣委第一書記還能擔負起來，還是批第一書記。”但此意見未得到省委組織部認同。
1962年12月2日，開封地委認為蘭考的危急形勢不等人，明確焦裕祿“代理蘭考縣委第二書記”，主持縣委全面工作，即日赴任。。在縣委第一書記空缺的情況下，焦裕祿一直擔任縣委第二書記。。焦裕祿從1951年任團地委副書記起就是副縣職干部，11年后平調河南省的著名艱苦地區的蘭考縣，焦裕祿向代表地委與他做上任前的組織談話的趙仲三表示：“現在正是蘭考困難的時候，地委黨組織把這副擔子交給我，是對我的信任。我相信，那里有黨的領導，有36萬要求革命的人民，什么困難都可以克服，我一定完成黨交給的任務！”趙仲三知道焦裕祿在洛礦患過肝病，問他身體咋樣。焦裕祿說：“病這個東西也是欺軟怕硬，沒什么了不起，我能頂得住！”地委書記張申提醒焦裕祿：“蘭考是個重災區，最苦、最難也最窮。到蘭考要有接受最嚴峻考驗的準備。”“蘭考36萬人，有20多萬在外逃荒。”焦裕祿表示：“黨把我派到最困難的地方去工作，越是困難的地方越能鍛煉人。請組織放心，不改變蘭考面貌，我決不離開那里！”焦裕祿的妻子徐俊雅后來撰文回憶，焦裕祿赴蘭考前一天，一進家門就對她說：“咱們還得走哇！”“上哪？”“去蘭考。”“我還以為是啥好地方呢，看你高興得那個樣兒！”尉氏人徐俊雅雖沒去過蘭考，但知道那是個遍地沙丘鹽堿、因討飯的多而出名的窮地方，說：“在尉氏工作不是好好的嗎？還挪啥來！”焦裕祿說“黨叫我去蘭考，就是蘭考需要我。越是困難的地方越是要去，這才是好同志嘛！”尉氏縣委書記夏鳳鳴對焦裕祿說：“老焦，你家庭困難，同志們都知道。現在已是深冬了，可你還沒穿上棉衣，大家心里都不是個滋味。縣委決定給你做一套新棉衣，請一定不要拒絕。”焦裕祿表示同志們的心意領了，但仍然沒要。尉氏縣委只好請示開封地委，得到支持，棉衣做好后送到了蘭考。離開尉氏縣前，焦裕祿給洛礦黨委副書記趙祥慶寫信：“我已接到地委通知調我去蘭考縣委了……到那里人地兩生，水平又低，沒做過主要領導工作，擔心搞不好。但地委說那里需要，組織已經決定，那就堅決服從，有困難和大家共同克服，不懂的向原有同志好好學習。我從洛陽走時，你告訴我，到縣里要搞好團結，要認真學習貫徹黨的方針政策，這兩條我經常注意了。”
在焦裕祿上任前，河南省和蘭考縣政界內斗已極其嚴重。1957年，整風運動開始后，中共蘭考縣委門口貼了張大字報，揭發中共蘭考縣委組織部長孫躍堂利用職權霸占一位現役軍人的未婚妻，并和自己妻子離婚，在那位軍人復員回鄉后，孫躍堂捏造罪名將他關進監獄。在這張大字報上簽名的有200余名蘭考縣干部。當時，中共河南省委第一書記吳芝圃、省委秘書長戴蘇理、省委組織部部長趙文甫等人是一派，在反右運動中，趙文甫到蘭考縣把200余名揭發孫躍堂的干部全劃成右派。中共蘭考縣委副書記、蘭考縣縣長張欽禮反對趙文甫這種做法，被趙文甫“內定中右，限制使用”。而孫躍堂卻升任中共東明縣委副書記。在吳芝圃的領導下，河南省右派數量全國最多。在“大躍進”中，吳芝圃、戴蘇理、路憲文（中共信陽地委書記）等人大刮浮夸風，打擊迫害河南省內反對浮夸的干部，并在三年困難時期隱瞞群眾大批餓死的情況。1960年12月上旬，張欽禮冒險到北京上訪，使周恩來了解了河南省的嚴重情況。1961年6月，吳芝圃被免去中共河南省委書記職務，中央派劉建勛接任。劉建勛為一批遭吳芝圃迫害的干部如潘復生（河南省省長）、楊玨、王庭棟、邢照堂、陳冰之、張欽禮等人平反，但沒有撤銷吳芝圃派系干部的職務。
焦裕祿之前的中共蘭考縣委是王金壁，是緊跟吳芝圃的干部。據反對王金壁的蘭考縣干部稱，王金壁與其保姆通奸；到農村視察時要帶著藤椅以求舒適；到劇院看戲時不但不出戲票錢，而且全家必須坐在劇院第三排中間位置，被群眾諷刺為“三排排長”，每次王金壁還沒來就不得開戲；王金壁還命村干部為他劃出自留地，產的糧食、雞鴨送到他家。
1962年12月6日傍晚，焦裕祿悄然來到蘭考縣委大院報到。
王金壁在任末期，正逢中央根據信陽事件的教訓，在全國推行“民主補課”，以糾正“大躍進”中浮夸風、共產風的錯誤。但王金壁借機排斥異己，命令2000余名基層干部參加“民主補課”學習班。焦裕祿一到蘭考縣便發現了已獲平反但仍受王金壁排擠的張欽禮。在張欽禮建議下，焦裕祿給抵制浮夸風、共產風的這2000余名蘭考縣干部平反。在焦裕祿領導下，張欽禮又奉命制定治理“三害”的規劃。
焦裕祿帶頭反對干部特殊化。兒子焦建國去電影院看電影，說自己是焦裕祿的兒子，檢票員直接讓他進去了，沒有收錢。當時蘭考縣有“老三排”的說法，把禮堂里最好的第三排座位留給領導及家屬，不收門票。焦裕祿知道后讓兒子還了錢，并且以兒子看“白戲”為例，在縣直機關干部會上幾次做檢討。之后他又提出《干部十不準》：
（1）不準用國家和集體的糧食大吃大喝，請客送禮。
（2）不準參加封建迷信活動。
（3）不準賭博。
（4）不準揮霍浪費糧食，用糧食做酒做糖。
（5）不準用集體糧款或向社員攤派糧款演戲、演電影。誰看戲誰拿錢，誰吃飯誰拿糧。
（6）業余劇團只能在本鄉、本隊演出，不準借春節演出為名，大買服裝、道具，鋪張浪費。
（7）各機關、學校、企業單位的黨員干部，都要以身作則，勤儉過年，一律不準請客送禮，不準拿國家物資到生產隊換取衣、副產品，不準用公款組織晚會，不準送戲票。禮堂10排以前的戲票不能光賣給國家機關干部，要按先后順序賣票，一律不準到商業部門要特殊照顧。
（8）不準利用職權到生產隊或其他部門索取物資。
（9）積極搞好集體的副業生產，增加收入，改善生活，不準棄農經商，不準投機倒把。
（10）不準借春節之機，大辦喜事，祝壽吃喜，大放鞭炮，揮霍浪費。
此后他建議中共蘭考縣委起草通知，禁止任何干部搞特殊化，不準任何干部及其子弟看“白戲”。焦裕祿到蘭考縣后，建議城關鎮將城內的大水坑改為魚場，半年后城關鎮魚場為感謝焦裕祿的指導，將10多條活魚送到他家，被焦裕祿悉數退回。1963年春節，蘭考縣肉類和副食供應仍很緊張，中共蘭考縣委辦公室的一位工作人員給焦裕祿家送來幾斤肉。在得知這肉僅送給縣委幾位領導后，焦裕祿拒絕接受，并囑咐以后不要單獨照顧領導。1964年2月7日，國家給蘭考撥來一批救濟棉花。救災辦公室的人看到焦裕祿的棉襖很破，決定照顧他3斤棉花，讓他換件新棉襖。怕焦裕祿不要，就把3斤棉花票送到他家里。焦裕祿知道這件事后，又讓家屬把棉花票退了回去。他對救災辦公室的人說：“救災物資是給群眾的，我們不能要。雖說我的棉衣破點，但還能穿，比起沒有棉衣穿的群眾強多了。作為領導，要時刻保持艱苦樸素的作風，生活上向低標準看齊。”焦裕祿的妻子想給他換件新的，焦裕祿說：“現在蘭考遭災，群眾生活很苦。跟群眾相比，咱穿得就不錯了，比我要飯時披麻包片，住房檐下避雪那會兒強多啦！”焦裕祿的一件已縫了許多補丁的衣服又破了，讓妻子縫補，妻子認為實在是破得不能補了，焦裕祿又請岳母給縫補，岳母也說太破不能補了。最后焦裕祿就自己動手縫補，說：“補丁多了，穿著結實暖和。”開封地委書記張申回憶：“焦裕祿平時很少照相，他在蘭考留下的3張照片，兩張都是趁他不防時拍的。”“焦裕祿逝世后，連個標準像都沒有留下。開追悼會時，還是用的1949年的照片。”焦守云回憶：“父親每個月的收入一百多元，在那個年代不算少，但由于他要養活我們姐弟六個，要供養奶奶、姥姥，還隨時幫助困難群眾，日子總是過得緊巴巴，甚至要賒賬過日子。但不管生活多艱難，他從沒有搞過特殊。”妻子徐俊雅想要給孩子們買新衣，焦裕祿說“你看看貧下中農穿的什么，蓋的什么。”徐俊雅買點什么吃的，焦裕祿說浪費：“你看下邊，人家連面都吃不上，光吃紅薯干……”
焦裕祿任代理縣委第二書記后，縣里有秘書、通訊干事，但焦裕祿盡量自己寫工作總結、講話、調查報告等。他主持并起草了《關于治沙、治堿、治水三五年的初步設想》、《造林防沙方案》、《排澇治堿方案》等治理“三害”的文件，并親自寫出了《關于鹽堿地的普查報告》、《一個七季受災的特重災隊，今年生產一片繁榮景象的調查報告》等調研文章。臨終前在病床上他還在撰寫《蘭考人民多奇志，敢叫日月換新天》一文。他寫的文章文風樸實，注重事實，善于發掘，常被報紙、電臺采用。
不久，又從滎陽縣調去程世平當縣委副書記兼縣長，主持縣政府工作。這樣，張欽禮便不再兼縣長，專任縣委副書記。
焦裕祿主政蘭考后，省里并不清楚這一情況。1962年12月30日，省委組織部辦公會確定：“焦裕祿的任職，遲一遲再批。”會后填寫的任免干部審批表，留下了“焦裕祿在尉氏是否為第二書記”的疑問。1963年2月14日，河南省委組織部干部處經過遴選，向組織部建議：“可調張漢儒任蘭考縣委第一書記，焦裕祿任第二書記。”張漢儒1939年在冀晉豫參加革命，任過溫縣、沁陽兩縣縣委（第一）書記，時任省委農工部辦公室副主任。1963年2月15日，河南省委組織部辦公會議審批蘭考縣委第一書記配備方案，斟酌再三，最后決定：“部辦公研究暫不批。”這樣張漢儒沒有來蘭考。
1963年2月，蘭考縣委決定在全縣范圍內開展治沙、治水、治堿的斗爭，把消極阻止災民外出逃荒的“勸阻辦公室”改為除“三害”辦公室，焦裕祿擔任辦公室主任，對全縣的風沙、鹽堿和內澇的災況進行統計調查。
1963年3月，河南省委第二書記何偉，帶毗鄰蘭考的開封、杞縣、民權、東明4縣縣委書記到蘭考調研，據稱準備把“對省、地拖累很大”的蘭考一分為四劃給周邊四縣。焦裕祿等縣里領導向省委立下3年改變蘭考面貌的軍令狀，表示兌現不了諾言，就辭職回家種地，不勞省委分配工作。何偉下鄉察看災情慰問群眾，考察治沙成果，跑下來后對蘭考改變現狀有了信心，提出要幫助蘭考解決實際困難。焦裕祿說封閉沙丘、挖河排澇和安排群眾生活，目前需要40萬元經費。何偉表態馬上幫忙解決，如果省里解決不了，他就是當褲子、賣鞋，也給蘭考湊齊。臨別時，何偉拉著焦裕祿的手說：“救災如救火，人命關天哪！有你這樣的干部，我們就放心了，有什么困難省委、省政府會幫你們解決。”1963年3月29日，開封地委再次報請河南省委組織部，提出焦裕祿已在蘭考縣委負責，有能力勝任該職，建議任命焦裕祿為蘭考縣委第一書記。1963年4月25日，河南省委組織部通知開封地委，省委批準焦裕祿任蘭考縣委第二書記。從代理到實任，一直都是縣委第二書記，焦裕祿的任職，在蘭考的歷任領導中也算創造了記錄。
焦裕祿上任的這個冬季，正是蘭考縣困難最嚴重之時，該縣火車站每天擠滿外出逃荒乞討的災民。當時蘭考縣正在遭受內澇、風沙、鹽堿這“三害”，糧食產量已降至歷史最低水平。1963年4月，蘭考災民外流最嚴重時刻，縣委沒有很快扭轉局面。主持開封地委工作的延新文對焦裕祿的工作很不滿意，在縣委書記會上批評焦裕祿。地委第一書記張申當時因1960年下放勞改，身體搞得很不好，平反不久去住院治病。張申在醫院聽說此事，便在醫院里給延新文寫了一封信：焦裕祿剛去蘭考不久，不能期望他立即扭轉困難局面，有困難，我們要幫助，不宜過多批評。焦裕祿帶縣委常委和公社書記們一同去火車站看災民的情景，時任縣委副書記劉呈明后來回憶：“那是麥子將熟的時候，蘭考災民外流很嚴重，地委開會也批評我們，要我們想法制止。焦裕祿壓力很大，他主持縣委常委擴大會，各公社書記都參加了。焦請大家討論如何改變蘭考面貌，他建議大家都去看看災民我們的階級弟兄們。他問辦公室主任張清潔：從西邊過來的慢車，什么時候到？張說：十一點到。焦裕祿便領大家一同去蘭考車站了。”
1963年5月18日深夜，焦裕祿正在看文件，忽然狂風呼嘯，大雨傾盆，他披上雨衣就出去了。愛人和孩子在火車站找到了他，問：“你一個人出來，怎么不吱一聲？”焦裕祿說：“我出來看一下縣城里的水能不能排出去，城關鎮有些群眾的住房不牢固，我去轉了一圈看看。”5月19日早上，焦裕祿召開縣委常委會，安排全縣干部群眾排水。會后，焦裕祿脫去鞋襪，卷起褲腿，帶領3位同志趕往水災最嚴重的社、隊。
1963年下半年起，為改變蘭考縣的面貌，焦裕祿抽調20名干部、老農、技術員組成了一支三結合的“三害”調查隊，在蘭考縣展開大規模的追洪水、查風口、探流沙的調查研究。焦裕祿帶領風沙勘察隊跋涉五千里，查清了全縣風口84個，逐一編號并繪圖，普查縣情。一年里焦裕祿跑遍了全縣140多個生產大隊中的120多個。
1963年7月，蘭考縣委出臺《關于切實制止人員外流的意見》，確定以思想教育樹立信心，實行統銷包工結合，落實包工責任制與憑證購糧掛鉤，成為非常年月穩心安民的靈丹妙藥。7月15日，省地工作組在蘭考火車站清理三趟西行客貨車，共清理下來外流人員3800人，屬于蘭考的只有34人。
時隔4個月，省委第二書記何偉于1963年7月中旬再次到蘭考，看了蘭考縣委全面治理沙、澇、堿的規劃模型，又親自到儀封、三義寨、張君墓、固陽、南彰等公社實地考察。當看到了三義寨搞的作物“三蓬樓”（即上面栽樹，中間壓條子，下邊種花生）以及儀封園藝場的蘋果樹上果實累累，看到了南彰公社坑坑有藕、荷花滿塘，何偉高興地說：“蘭考的面貌真的變了！”他在縣委會上贊揚道：“你們已經取得很好的成績，外流人口也大大減少了，干部思想穩定了，生產有了起色，蘭考人民是有志氣的，照這樣干下去，不出三五年，蘭考會大變樣，那時，火車來來往往就不會拉你們外逃的人了，而是向外拉你們的木材、花生、大棗了。” 何偉回到鄭州后，在省委常委會上詳細介紹了蘭考人民在焦裕祿的帶領下所取得的驚人成績，認為焦裕祿是位有理想、有干勁、有水平、又能埋頭苦干的好干部、好“班長”。
1963年8月2日始，“白帳子雨”連下7天7夜，蘭考一片汪洋。焦裕祿帶領縣委領導，日夜組織搶排積水，賑災安民。
1963年秋，蘭考縣連下13天雨，全縣11萬畝秋糧歉收、22畝秋糧受災，焦裕祿組織全縣干部群眾救災，還率干部進村查訪，為受災群眾將政府的救濟糧款送上門。
1963年秋，焦裕祿為了治鹽堿，在城關公社金營大隊搞了兩畝溝洫臺田做試驗，種的小麥出齊了苗，焦裕祿非常高興，便指示城關公社大搞臺田種麥，根治鹽堿，推廣金營經驗。
焦裕祿經常住在農民的草庵子里，蹲在牛棚里，跟群眾一起吃飯，一起勞動。他帶著高昂的革命激情和對群眾的無限信任，在廣大群眾中間詢問、傾聽、觀察，聽到許多農民要求“翻身”、要求革命的呼聲，感受到許多村自力更生、奮發圖強與“三害”作斗爭的精神，從群眾中學到了許多治沙、治水、治堿的辦法，總結了不少經驗，同時也發現了不少令人深思的問題。群眾的智慧，堅定了焦裕祿戰勝三害的信心。1963年9月，焦裕祿調查總結了群眾的抗災救災經驗，在蘭考縣推廣“韓村的精神，秦寨的決心，趙垛樓的干勁，雙楊樹村的道路”。焦裕祿通過調查，說：“蘭考的貧下中農是革命的，他們有改變家鄉面貌，由窮變富的強烈要求，就像在1080平方公里的土地上布滿干柴一樣，只要崩出一個火星，就可以引起熊熊烈火。”焦裕祿專門召開了縣委常委會，回憶蘭考縣的革命斗爭史。解放戰爭中，解放軍軍3次攻克蘭封縣城，兩次解放堌陽，800多名烈士犧牲，包括一任縣委書記和一位游擊隊司令。考城縣四區，1個月內犧牲數任區長，第5任區長馬福重受命之日就向組織交了黨費和個人物品，上任幾天就壯烈犧牲，被敵人破腹拉出腸子掛在樹上。焦裕祿說：“蘭考這塊地方，是先烈們用鮮血換來的，難道我們就不能在這里戰勝災害？”“蘭考是個大有作為的地方，問題只要看得準，干下去，要革命。蘭考是災區，窮、困難多，但災區有個好處，它能鍛煉人的意志，培養人的革命品格，革命者，要在困難面前逞英雄。”在蘭考縣推廣種植抗鹽堿、抗風沙的泡桐，是焦裕祿向群眾調查研究得來的結論：沙地沒有林，有地不養人，號召全縣人民從1963年起每人要種活一棵樹，社隊都要建育苗圃，推廣截根育苗。縣委討論形成了大力發展泡桐的決定。在張莊調研時，看到魏鐸彬母親的墳頭是沙丘中唯一的一片綠洲，就組織全縣學習魏鐸彬“扎針”的方法，用膠泥、淤泥固住沙地表面，種上樹木保持水土。在秦寨調研時，學習當地深翻淤土掩埋鹽堿地表的做法，稱為“貼膏藥”。
1963年11月19日至30日，焦裕祿組織“除三害”辦公室、農業局、科委和各公社農機站等有關部門64人，對全縣堿地面積、分布情況、地下水位進行全面丈量、調查。在普查期間，焦裕祿經常帶著行李，拿著干糧，挎著水壺，和鹽堿普查隊的同志一塊下去。為了弄清一塊鹽堿地情況，他們反復丈量，挖掘地下水，焦裕祿經常用嘴品嘗是否含鹽堿成分。焦裕祿說：“用舌頭一舔，咸的是鹽，涼的是硝，又騷、又辣、又苦的是馬尿堿。”經過10多天的艱苦工作，焦裕祿與普查隊一起掌握了第一手資料。焦裕祿讓大家把鹽堿地按牛皮堿、馬尿堿、瓦堿、鹵堿、白不鹵、其他堿分為6類，繪制出全縣鹽堿分布、分類圖。通過對全縣35萬畝積水地進行詳細調查，進而分析得出結論：內澇是形成鹽堿地的根本原因。
1963年底，蘭考大規模造林植樹、打防風帶、堵風口、改造鹽堿地、開挖疏浚河道，科學治理“三害”，共造林21014畝，四旁植樹146萬畝，打防風帶186條，堵風口83處，改造鹽堿地9萬畝，新挖和疏浚較大河道上百條，基本恢復了水的自然流系，涵養了弭災豐產的生態。成績喜人。1963年，全縣夏糧產量比上年翻了一番多，夏糧征購增長10倍多，全年糧食增長37%。1963年冬，地委認為蘭考工作走上了正軌，地委書記張申在地委會議上表揚了焦裕祿深入調查研究和縣委吃透情況、善抓關鍵、領導包點的工作方法，號召各縣學習“蘭考新道路”。河南省委第一書記劉建勛、第二書記何偉、副省長王維群等省領導相繼到蘭考視察，充分肯定了縣里的工作。蘭考開始引人注目。《河南日報》刊發反映蘭考面貌變化的綜合消息和韓村精神的長篇通訊，總編輯劉問世親自撰寫了論述“蘭考新道路”的社論。蘭考的工作由后進變先進，干部群眾備受鼓舞。1963年11月24日，開封地委報請河南省委提任焦裕祿為蘭考縣委書記，免去其蘭考縣委第二書記職務。任免理由是：“蘭考縣委缺書記，該同志去蘭考這一段工作搞的尚好，可以勝任書記職務。”1964年1月27日，開封地委接省委組織部通知，經省委批準，焦裕祿任蘭考縣委書記。此時，縣委已經不再設第一書記，縣委書記就是此前的第一書記。焦裕祿從1962年12月2日受命主持蘭考縣委工作，到名正言順成為縣委書記，一共經歷了1年零兩個月的時間，此時離焦裕祿病逝也只有3個月另17天。
焦裕祿夫婦因贍養兩位老人（雙方的母親）并養育6個子女，有時還接濟困難群眾，所以家里經濟很緊張。1964年春節前一個風雪交加的日子，焦裕祿找到蘭考縣縣長程世平借路費，以便全家回家鄉看望母親。那天焦裕祿僅穿了一件棉襖，連秋衣也沒穿，程世平問起才得知焦裕祿家沒布票，手頭也緊，但他從未要求縣委照顧。焦裕祿有兩個侄子，高中畢業后在山東家鄉務農，多次寫信請焦裕祿幫助找工作，都被焦裕祿拒絕。焦裕祿的大女兒焦守鳳初中畢業未考上高中，在家待業，焦裕祿不讓女兒靠自己權力獲得工作，后來焦守鳳到蘭考縣食品加工廠當臨時工，焦裕祿還專門找到廠長要求把她安排到工作辛苦的醬菜組，不要特殊照顧。
1964年春節后，焦裕祿把縣委通訊干事劉俊生叫到辦公室說：“《人民日報》正在討論縣委領導班子思想革命化的問題，我看咱縣委決心領導群眾除掉‘三害’，就是思想革命化的一個具體表現，你到河南日報社匯報匯報，看看，能不能突出地報道一下，鼓鼓群眾的勁兒。”劉俊生找到河南日報社總編輯劉問世，向他詳細地介紹了蘭考除“三害”的情況和焦裕祿的建議，劉問世聽后當即表示：“我們商量一下，再向省委請示，再答復你們。”10多天后，河南日報社把劉俊生召到鄭州，劉問世說：“省委領導同志認為你們縣的除‘三害’搞得很好，同意發蘭考縣一個專版。你回去，轉告縣委負責同志趕快組織人員撰寫文章，20天內把稿件送來。圍繞除‘三害’斗爭方面的，請縣委書記寫一篇文章，你們再寫一篇通訊、幾條消息，可以配發些照片、詩歌……把版面搞得活些……”回到蘭考后劉俊生向焦裕祿匯報了河南日報社的版面策劃。焦裕祿聽后說：“這是省委對我們的關懷，報社對我們的鼓勵。我們要組織寫作力量，盡快地把材料整理好！”這時，劉俊生提出幾個骨干通訊員名單請他審定，焦裕祿看后隨即表示：“可以！現在就通知他們到縣委辦公室來開會。”焦裕祿主持召開骨干通訊員會議，讓劉俊生傳達了河南日報社發蘭考專版的具體意見，骨干通訊員各自認領寫作任務。焦裕祿說：“縣委的文章，由我來寫。我想寫的題目是《蘭考人民多奇志，敢教日月換新天》。” 1964年春，焦裕祿的肝病病情惡化，中共開封地委領導勸焦裕祿住院治療，但焦裕祿堅持工作不去住院。醫院開出藥方，但他嫌藥貴而沒買。1964年春，省委第二書記何偉第3次到蘭考，看到泡桐樹郁郁蔥蔥，沙地栽上了紫穗槐，鹽堿地里挖了排堿溝，防治“三害”已初見成效，可焦裕祿卻因勞累過度病倒了。何偉讓焦裕祿一起回鄭州治病，還指示有關人員：一定要千方百計盡最大努力治好他的病。3月16日，縣委召開常委擴大會，焦裕祿要常委們“四擺”——擺成績、擺變化、擺進步、擺好人好事；“兩找”——找差距、找原因；“一樹”———樹各種標兵；“兩訂”———訂規劃、訂措施。開展比、學、趕、幫活動，比1963年各項指標完成情況，比勤儉辦隊，比愛國，比奮發圖強，比自力更生，比收入，比鞏固集體主義，比共產主義風格，比實事求是；學先進思想，學生產管理，學技術革新，學‘三老’作風；趕的目的就是比；幫，自愿結合，一個先進帶一個后進。”3月17日焦裕祿出席公社黨委委員以上干部、縣直機關全體黨員會議，講了3個問題：一、堅決糾正工作一般化現象。二、立即行動起來，全面完成各項工作任務。三、切實改進領導作風。3月18日，焦裕祿召開縣委擴大會，主要研究生產救災、春耕生產、種植經濟作物等安排問題，最后研究了如何抓好典型問題，列舉了大量的典型事例、典型單位和個人。大會開了一整天，焦裕祿十分激動、亢奮。3月19日上午，縣委擴大繼續進行，研究了群眾生活安排和改進領導方法等問題，開封地委副書記延新文參加了會議并講話：“到蘭考后，下去看了4天，把你們縣的大部分地區都看了。總的印象是，蘭考正在變化，向好的方面變化。干勁大，信心足，不但有規劃，而且有行動。變化的原因很多，主要是縣委領導思想比較明確，摸透了縣里的情況，下了決心，方法與措施都對頭，都具體。如壓沙，原來聽到了消息，總考慮：行不行？壓了的沙會不會再被風刮起來？下大雨會不會沖走水土？顧慮重重。這次看了，確實不錯，這條路走對了！”“蘭考縣委的同志很好，去年雖然困難很大，但在困難的情況下辦了很多事情。別的地方不敢干的事你們干了，效果很好。從去年看，你們的態度是積極的，沒有被困難嚇倒，大家的精神狀態很好。”“蘭考過去要飯的多，聞名全國，現在轉變過來了，這不是簡單的事情，地委很注意你們的做法，并且大力推廣你們的經驗。”3月20日焦裕祿主持召開縣委常委會，研究公社、縣直機關的干部調整問題。3月21日焦裕祿和縣委辦公室干部張思義騎自行車去三義寨公社檢查有關工作的落實情況。這是他最后一次騎車下鄉。在一個上坡的地方，焦裕祿蹬自行車實在上不去了，便下車蹲在了地上，以手撫肝。張思義建議：“你的身體的確不行，我們還是先回去吧！”推著自行車上坡堅持到了三義寨公社，聽取公社書記匯報。焦裕祿氣喘吁吁地記筆錄，字寫得歪歪扭扭，筆在手中掉下了幾次。所有的人都看不下去了，齊聲相勸。焦裕祿卻站起來，執意要到下邊去看看。剛剛走出門，強烈的疼痛襲來幾乎使他昏倒，不得不回縣城治療。3月22日，縣委決定于當日12點鐘，派人護送焦裕祿去開封治病，焦裕祿一整天詳細地部署了縣委的工作。當夜，焦裕祿在總題目《蘭考人民多奇志，敢教日月換新天》寫在稿紙上，列下了4個小標題或提要：一、設想不等于現實。二、一個落后地區的改變，首先是領導思想的改變。領導思想不改變，外地的經驗學不進去，本地的經驗總結不出來，先進的事物看不見。三、榜樣的力量是無窮的。四、精神原子彈——精神變物質。
1964年3月23日焦裕祿離開了蘭考，住進了開封醫院。病情有了大致的診斷結果，地委領導決定，送他到鄭州的醫院再行診治。在鄭州入院治療前，被安排住進省委第一招待所。一天晚飯后，省委第一書記劉建勛叫上公務員黑留長，二人步行穿過3個小區和3條馬路，前去探望了焦裕祿，劉建勛代表省委叮囑焦裕祿務必要樹立信心、安心治療。河南醫學院附屬醫院轉院到首都的北京醫院，確診為“肝癌后期，皮下擴散”，最多還有20多天的生命期。但交給焦裕祿看的是診斷書上寫“慢性肝炎，注意休息。”焦裕祿又被送回到鄭州的河南醫學院附屬醫院。5月4日，女兒焦守鳳到鄭州探望病焦裕祿，室外暴雨如注，焦裕祿見到焦守鳳就問：“小梅，咱蘭考淹了沒有？你把咱縣的實際情況告訴我！”焦守鳳說沒有，焦裕祿不信，讓妻子徐俊雅回蘭考一趟，看看莊稼到底淹了沒有。縣委宣傳部的新聞干事劉俊生到《河南日報》社送稿，來到焦裕祿的病房看望，焦裕祿問“咱縣除‘三害’斗爭那組稿子……報社發不發？”劉俊生回答“這次，我到報社送稿，專門問了這件事。總編室的同志告訴我：‘蘭考的專版，暫時不發了’”焦裕祿聽后：“這說明，我們的工作做得還不好。發不發，這是省委的事，報社的事。發了，對我們是個鼓舞；不發，對我們是個鞭策。”焦裕祿又問“前幾天，一連刮了幾場大風，又下了一場大雨，蘭考沙區的麥子打毀了沒有？洼地的秋苗淹了沒有？”劉俊生告訴他：“咱縣封的沙丘，挖的河道，真正起作用了，連沙丘旁的麥子都沒有打死，長得很好。洼地的秋苗也沒有淹。”焦裕祿問：“老韓陵的泡桐栽了多少？”劉俊生高興地說“林場里育的桐苗，全都栽上了，都發出了嫩綠的新芽，看樣子都成活了。”焦裕祿問：“秦寨鹽堿地上的麥子咋樣？”劉俊生說：“我剛從那里采訪回來，群眾看到深翻壓堿后種的小麥，都高興透了，形容說：今年的小麥長得平坦坦的，像案板一樣，這邊一推，那邊動彈，鉆進一只老鼠都跑不出來。”由于問話太多，焦裕祿昏了過去。等他醒來，一把拉住身邊的劉俊生的手，說：“剛才，我做了一個夢，夢見蘭考的小麥豐收了。你這次回去，一定請人捎一把秦寨堿地上的麥穗來，叫我看一看。”劉俊生點頭稱是。
1964年5月10日，河南醫學院附屬醫院發出焦裕祿病危通知書。省委組織部長張建民、省委副秘書長苗化銘、地委組織部長王向明與蘭考縣委領導到醫院看望。昏迷中蘇醒后，焦裕祿意識到自己的時間不多了，對醫護人員說：“不要給我使用那么貴重的藥了，應該留給比我更需要的、更有希望的同志。”臨終前幾天，焦裕祿把自己用了多年的手表給女兒焦守鳳：“小梅，爸爸沒讓你繼續讀書，也沒給你安排一個好工作，爸爸對不起你。這塊舊手表是爸爸用過的，送給你作個紀念。你要好好工作……按時上下班。”焦裕祿囑咐妻子不要向上級伸手。焦裕祿對焦守鳳說：“小梅，你們姊妹幾個，數你大，是大姐姐，以后要聽媽媽的話，幫助她帶好弟弟妹妹。家里的那套《毛澤東選集》，也作為送你的禮物，那里邊毛主席會告訴你怎么工作，怎么做人，怎么生活”。焦裕祿對來看望的縣委副書記張欽禮長說：““現在有句話我不能不向你說了，回去對同志們說，我不行了，你們要領導蘭考人民堅決地斗爭下去。黨相信我們，派我們去領導，我們是有信心的。我們是災區，我死了，不要多花錢，省下來支援災區。我死后只有一個要求，要求組織上把我運回蘭考，埋在沙堆上，活著我沒有治好沙丘，死了也要看著你們把沙丘治好。”焦裕祿臨終前囑咐子女：“你們長大了要做一個好人，眼睛里要看得見受苦人的眼淚。”
1964年5月14日9時45分，焦裕祿因肝癌急性復發而在鄭州市河南醫學院附屬醫院病逝，享年42歲。
焦裕祿病逝后，河南省委決定：按好的縣委書記待遇，把焦裕祿安葬在鄭州革命公墓。1964年5月16日，焦裕祿追悼會暨安葬儀式在鄭州革命公墓舉行。河南省委第一書記劉建勛，省委組織部部長張健民，開封地委、洛陽礦山機械廠和蘭考縣委領導代表，開封地區除蘭考外各縣縣委書記，焦裕祿遺孀和長子、長女，焦裕祿母親和長子長孫等在場。追悼會由曾任過蘭考縣委書記的省委組織部副部長程約俊主持，曾在尉氏縣委、洛礦和開封地委任過焦裕祿領導的趙仲三致悼詞。此前，焦裕祿臨終提出死后運回蘭考埋在沙丘事，曾被提起過。據焦裕祿長子焦國慶回憶和館存治喪資料證實，焦裕祿病逝后，靈柩暫存醫院，限于當時的條件，購置了人造冰降溫。如果回蘭考安葬，從勘址、審批到造墓、運輸，時間和條件都不允許。加之民政主管部門認為，葬于鄭州革命公墓屬于褒獎和榮譽，故后事按歿于斯、葬于斯原則辦理，焦裕祿故后未能實現歸葬蘭考的遺愿。省委領導知道焦裕祿的遺愿，1964年8月7日省委第二書記文敏生在省三級干部會上講話：“原縣委第一書記焦裕祿同志，共產主義風格高，有英雄氣概。他臨死的時候告訴縣委的同志說，沙堿沒治好，死不瞑目，死后要把他埋在沙丘上。這是多么好的同志！”
1964年5月16日，中共蘭考縣委副書記張欽禮趕到民權縣參加河南省豫東沙區造林工作現場會議。5月17日，張欽禮作為四個沙區造林先進縣的領導之一，在大會上作第二個典型發言，介紹蘭考縣造林防沙﹑翻淤壓沙的具體情況和經驗外，重點講述了焦裕祿的感人事跡以及焦裕祿與蘭考人民結下的深情厚誼。會議原規定發言不得超過一個小時，當張欽禮介紹到焦裕祿說“我死后只有一個要求，要求組織把我運回蘭考，埋在沙灘上，活著我沒有治好沙丘，死了也要看著你們把沙丘治好”時，張欽禮已是泣不成聲。許多與會者流下了眼淚。主持會議的河南省副省長王維群也被深深感染，站起來說：“講！不受時間限制。”就這樣，張欽禮講了兩個半小時，全場哭成一團。中午休會前，副省長王維群宣布：“轉變會議主題，下午全體討論焦裕祿的事跡。”采訪會議的新華社河南分社記者魯保國記錄了張欽禮的發言，隨后在會場采訪了張欽禮。會后魯保國回到鄭州，向新華社河南分社領導匯報了焦裕祿的事跡。
1964年5月22日，蘭考縣召開了全縣三級干部會議。會議期間為焦裕祿舉行了追悼大會。
焦裕祿逝世后，他在蘭考縣的工作事跡因為與當時中華人民共和國“階級斗爭”潮流不合拍，所以在報道中遇到了諸多困難，后來還成為河南省內政治斗爭的焦點之一。
焦裕祿逝世一個多月后，中共蘭考縣委通訊干事劉俊生寫了《蘭考人民滿懷信心迎豐收》一文。但《河南日報》社“黨的生活”專欄編輯勸他改為寫篇關于“黨的好干部”的文章，以迎接7月1日黨的生日。分管通訊報道的中共蘭考縣委辦公室副主任卓興隆聽完劉俊生匯報后，隨即想到寫焦裕祿，劉俊生很快寫成《一個黨的好干部》一文，后由欣賞此文的“黨的生活”專欄編輯交給《河南日報》副總編輯翁少鋒。翁少鋒看后對劉俊生說：“因為你寫的是縣委書記，要通過省委，不過你沒必要在這等，就放心吧！”但到了1964年7月1日乃至后來，該文一直未刊發。
1964年8月29日，張欽禮向中共河南省委遞交了《關于在蘭考人民除“三害”斗爭中焦裕祿同志先進事跡的報告》。中共河南省委副書記趙文甫讀完后，在“四清”工作會議上表揚了焦裕祿，號召河南省黨員、干部向焦裕祿學習。會后有關部門編印的《四清簡報》編錄了趙文甫的講話。張欽禮的報告引起河南省委第一書記劉建勛的重視。很快，省委就作出決定，同時向全省各級黨組織下發了《向模范共產黨員焦裕祿同志學習的通知》。
新華社河南分社得知趙文甫的講話后，征得新華社總社同意，認定焦裕祿是正面典型，計劃深入采訪并突出報道。1964年10月（一說9月7日），新華社河南分社副社長張應先、記者魯保國、逯祖毅到蘭考縣，在劉俊生陪同下采訪半個多月，寫成兩篇稿件。
1964年11月19日晚，新華社發出張應先等寫的通稿，刊登在1964年11月20日《人民日報》第二版，肩題為《在改變蘭考自然面貌的斗爭中鞠躬盡瘁》，主題為《焦裕祿同志對黨對人民忠心耿耿》，副題為《中共河南省委號召全省干部學習已故前縣委書記焦裕祿同志為人民服務的革命精神》。同時新華社發表了張應先等寫的更為詳細的地方稿。這是焦裕祿逝世后媒體首次關于他的報道。1964年11月22日，按照省委決定，《河南日報》第一版全文刊發了此文，配發了《學習焦裕祿同志為人民服務的革命精神》社論。《河南日報》社當天還打電話給中共蘭考縣委，要劉俊生來報社。劉俊生在報社受到《河南日報》總編輯劉問世接見，劉問世表示《河南日報》準備辟一個“學習焦裕祿為人民服務的革命精神”專欄，請劉俊生為該專欄撰稿。此后該專欄每周一期連續刊發了14期，其中有劉俊生寫的4篇關于焦裕祿的文章。1965年1月，《河南日報》農林部副主任黎路、《河南日報》駐開封記者站記者薛慶安到蘭考縣采訪，經20余天寫成通訊《焦裕祿同志，蘭考人民懷念您！》，發表在1965年1月27日《河南日報》第二版，作為專欄的結束語。
1965年秋，新華社總社準備在西安舉行分社會議，討論報道計劃。負責國內工作的新華社副社長穆青決定與同行的新華社國內部工業組組長馮健繞道河南尋找報道計劃的突破口。在新華社河南分社（社長為朱波），穆青讓分社記者周原發言。周原講了他在豫北黃河故道老災區采訪7個月了解的情況，周原專挑最貧困的地方去，就是希望能在普遍的消極中找到一個能夠振奮人心的積極典型，“原陽縣農村有位老太太，經常在糧店一坐就是半天，問她坐在這里干什么？她說，俺連年吃國家的救濟糧，啥時候能拿條小手巾提一兜自己種的余糧到公社走走，心里就舒坦了。”周原講完，穆青很激動，說：“在河南當農村記者，不到災區采訪就不是個好記者！”第二天穆青一行就去了西安。臨走時交代分社社長朱波，讓周原替他去豫東重災區物色采訪線索、找出一個三年困難時期農民如何脫貧典型，十天半月后他再回來聽周原匯報。周原隨即到豫東穆青的家鄉杞縣，接待的人說縣里干部都看戲去了，采訪要等明天。周原決定不在這里停留。翌日周原到汽車站后隨便坐了輛汽車，上車后才得知是開往蘭考縣的。到蘭考縣后，周原找到中共蘭考縣委辦公室副主任兼除“三害”辦公室主任卓興隆，隨后聽新聞干事劉俊生介紹了焦裕祿的事跡。按照當時記者的采訪程序，劉俊生首先要向縣里一把手、新任縣委書記周化民匯報，周化民同時也是蘭考四清工作團副團長。周原回憶周化民的答復：他剛來蘭考不久，情況不熟悉，‘你找縣委副書記張欽禮吧，他不能解決的問題再找我’。周原與縣委副書記張欽禮從下午一直談到后半夜一口氣談了18個小時，張欽禮詳細介紹了焦裕祿帶領干部群眾治理風沙、內澇、鹽堿三害，積極改善蘭考貧困面貌的事跡。隨后張欽禮又把周原帶到了張莊，這里是九曲黃河的最后一彎，也是當年蘭考最大的風沙口。焦裕祿到蘭考之后提出“貼膏藥、加扎針”治理風沙的方案。所謂“貼膏藥”是指翻淤泥、壓沙丘，而“扎針”就是大規模栽種梧桐樹。這個方案正是在這里打響了“第一炮”。“張莊有一個大沙丘名叫九米九，焦裕祿提出的封沙丘辦法在這里最能看出成效。另外張莊也是張欽禮蹲點的地方，在點上最能看出他的為人、做派和群眾關系，能進一步證實他介紹焦裕祿事跡的可靠程度。”到了吃飯的時候，有人端上來一只雞，周原當時就不高興了，認為張欽禮搞特殊，一下子對他有了不好的印象。張欽禮自己也很驚訝，連忙要求把雞端下去。那個拿雞來的村民說：“我們困難的時候，張縣長帶領我們治沙丘，跟我們一起吃討來的‘百家飯’，當時我們就發過誓，什么時候沙丘封上了，要給張縣長煮只老母雞補補身子。”周原在蘭考縣采訪了五、六天。但焦裕祿的事跡，早就有新華社河南分社記者張應先、魯保國寫的一篇1700字關于焦裕祿的通訊，發在1964年11月20日《人民日報》二版左下角，《河南日報》一版也有刊載。但這篇報道并沒有引起多少關注，周原也沒有印象，還是聽了蘭考縣委通訊干事劉俊生的介紹才知道。離開蘭考后，周原又去了民權、柘城、虞縣等地，對“豫東”災區做了個整體調查。回到鄭州，時逢穆青一行剛從西安回來住在河南省委南院，周原向穆青匯報了焦裕祿的情況。穆青決定去開封采訪，一路上周原繼續向穆青匯報情況。從開封去各縣之前，穆青對同行的所有人說，“這一次到豫東采訪，時間是半個月，由周原提問，你們只管筆記，周原說去哪個縣就去哪個縣，周原說停留幾天就停留幾天，他就是這個采訪組的秘書長。”1965年12月17日上午十點，穆青來到蘭考縣，周原、馮健、楊居人等記者隨行。在縣委會議室，穆青聽了張欽禮、劉俊生、李忠修（焦裕祿的秘書）等人對焦裕祿的介紹，看了焦裕祿的遺物后，感動得流淚。時年44歲的穆青說：“我參加工作28年，很少哭過，這次被焦裕祿的事跡感動得流了眼淚，焦裕祿的精神太感人了，雖然之前有過報道，但分量遠遠不夠，要重新組織報道！”穆青當晚對周原說：“寫！現在就寫！一定要寫出來！”“寫焦裕祿的材料已經夠了，立即動手，就是把素材堆在一起，也是篇感人的通訊！”周原問：“怎么寫？”“就這樣原原本本地寫，群眾這么熱愛、懷念的縣委書記是很少見的。在他身上體現了一個共產黨員全部的優秀品質。共產黨員應該做到的他全做到了。我們一定要把他寫出來！寫不出來，我們就對不起人民！”第二天穆青一行先后到東壩頭、韓莊、張莊等村采訪，很多群眾對穆青說：“你能不能給上面說說，把焦書記的墳給我們搬回來吧，離我們近一點，我們早早晚晚可以去看看，也好去燒燒紙啊！”。穆青等新華社一行人在蘭考縣吃不下、睡不著，開口就想哭，去哪兒都流淚，穆青決定，離開蘭考，去距此地最近的開封寫稿。第三天早飯后他們就離開蘭考，入住開封交際處（國際旅行社）。當晚，穆青拍板決定要寫蘭考縣的“災荒”（當時中華人民共和國媒體的不成文規矩是，除非獲得上級指示，否則一般不報道災荒等災難，以免“給社會主義抹黑”），并決定不寫蘭考縣的“階級斗爭”（當時不寫階級斗爭會冒很大政治風險，而焦裕祿帶領群眾改造環境的事跡又和階級斗爭無關），穆青要求提煉出能夠反映時代特征的主題，并以這個高度來表現焦裕祿的思想風貌，不能把焦裕祿簡單地寫成一部“好人好事錄”。隨后穆青分配了寫作任務。周原寫焦裕祿通訊初稿，馮建寫一路跑下來的豫東抗災全景通訊，楊居人寫社論，朱波寫短評。要求第二天一早交稿。周原回憶：“晚上，大家各自在屋里寫稿，穆青在不同房間當中巡視，走來走去。當我寫下‘他心里裝著全體人民，唯獨沒有他自己’這句話，穆青拍著桌子說：這樣的句子多來幾句！”周原一夜10個小時寫成1萬2千字的初稿。穆青、馮健帶該初稿回北京。穆青返京前在鄭州向劉建勛匯報了焦裕祿事跡和蘭考人民的呼聲，建議盡快遷墳。河南省委對此很重視，打算辦三件事：一、授予焦裕祿同志革命烈士稱號；二、盡快將焦裕祿遷葬蘭考，按他的遺愿埋在沙丘上；三、在蘭考舉辦焦裕祿事跡展覽，或辦一個展覽館。回京后，穆青先向新華社社長和《人民日報》總編輯吳冷西匯報，那天吳冷西很忙，穆青堅持說“只要半個小時”。聽完匯報后，吳冷西說“寫！發！”并完全同意了穆青提出的要寫自然災害、不寫階級斗爭的意見。在吳冷西建議下，穆青先在新華社內部做了場報告，聽眾哭成一片。穆青把周原的草稿整理打印幾十份，發給新華社國內部有關同志集體提意見，由馮健編輯、修改。第7稿改好，穆青再拿出給吳冷西看。吳冷西通過。穆青讓人把稿子打出清樣，寄給周原，讓他帶著稿子到蘭考校對核實：“必須保證全部事實絕對無誤。”
穆青親自反復修改一直到第9稿。穆青提煉出了整個報道的靈魂：“他心里裝著全體人民，唯獨沒有他自己。”這是周原起草稿中的一句話，也是穆青最為欣賞的一句話。
其間，劉俊生接到新華社河南分社社長朱波及周原的電話說“中央決定要把焦裕祿作為縣委書記的典型”，讓劉俊生“給縣委、地委匯報一下”，并“把焦裕祿的有關遺物和照片迅速送到分社來”。焦裕祿病逝后接任蘭考縣委書記的周化民聽取劉俊生的匯報后說，蘭考縣“三害”的改變“是縣委領導的，還是焦裕祿自己改變的？這樣大張旗鼓地宣傳個人，其他同志的成績就沒有了。”開封地委宣傳部部長秦一飛聽取劉俊生的匯報后說：“這么大的事，中央也決定宣傳了，我一個地委宣傳部長還得通過你一個縣的干事來‘傳達’么？搞什么名堂！”此后劉俊生找到開封地委副書記延新文匯報，延新文聽完很高興，并讓劉俊生到地委常委擴大會議匯報，會上地委書記張申表態支持宣傳焦裕祿。會后劉俊生將焦裕祿的遺物和照片送到新華社河南分社。
周原等帶修改稿再到蘭考縣時，正逢縣委開公社、大隊、生產隊三級干部大會。縣長張欽禮拿著稿子在大會上念，剛一念就流淚不止，念不下去了。縣委辦副主任卓興隆接過來念，哭得更厲害。只好周原自己念稿，中間幾次哽咽。就這樣，一篇稿子換了三個人才念完。在場的蘭考縣2000多名干部哭成一片。最后除訂正了幾個人名地點，大家都認為事實全部準確，一致舉手通過。但縣委書記周化民說：“寫得不行。怎么允許對現實生活這樣污蔑呢？”穆青接到周原的匯報后告訴周原：“你就拿著這文稿，請蘭考縣委逐段逐句地研究！”為此，在蘭考縣四清工作團駐地，秦一飛（蘭考縣四清工作團團長）、周化民（蘭考縣四清工作團副團長）同張欽禮展開激辯。周化民提不出具體修改意見。穆青決定刊發。為穩妥起見，吳冷西帶穆青找到主持中共中央書記處工作的彭真匯報，彭真拍板同意發表。
2002年穆青回憶發表長篇報道《縣委書記的榜樣——焦裕祿》始末時說：
我們寫焦裕祿的文章是在1966年初。焦裕祿的事跡，我已經在新華社里作過報告，大家聽了都很感動。但這篇文章是否可以發表，怎么發表，我不敢做主。因為那個時候正是“文化大革命”前夕，人們已經被搞得有點緊張了。
這篇文章里，我們擔心的是兩件事情，第一個，是蘭考的災荒敢不敢寫，困難時期沒飯吃、逃荒，這個事情敢不敢寫？我是大膽地把它寫出來了。不寫困難，不寫災荒，焦裕祿的事跡、精神就寫不出來；寫了這些就是暴露黑暗面。在這個問題上我拿不定主意，但我還是大膽地寫了。我說，如果不讓發表，就算了，就不要發表。要發表就不能把災荒情況刪掉，否則，這個典型就沒意義了。第二個，我沒寫階級斗爭，一句話也沒說。那個時候就是強調階級斗爭。但是我沒有寫，因為在焦裕祿那個地方沒有搞階級斗爭，逃荒要飯能算是階級斗爭嗎？不能算是階級斗爭，只是一些群眾覺得困難，想離開那個地方。但是，這不能上升到階級斗爭。應該實事求是，沒有就是沒有，不能瞎寫。這篇文章我們采訪了半個月，稿子改了7遍，在蘭考的三級干部會上宣讀過，所有事實都認真核實了。
當時新華社社長是吳冷西同志，他也覺得這篇文章如果不發表真是太可惜了，這個典型太感人了。但是要發表，對于上述的兩點，他也拿不定主意。這需要請示中央領導同志。他去找了彭真同志，彭真同志看了后，拍板了。怎么談的，我就不知道了，但是，是彭真同志拍板的。他當時是中央書記處書記，中央日常的工作都是他管的。他一拍板，我就敢發了。
1966年2月1日，河南省民政廳批復了蘭考縣委、縣人委1月30日上送的請示報告，同意授予焦裕祿同志革命烈士稱號。2月2日，河南省委研究決定，將焦裕祿墓遷回蘭考。。
1966年2月6日，署名穆青、馮健、周原的長篇通訊由新華社發表，介紹了焦裕祿如何對待群眾、對待貧困、對待嚴酷的自然條件,“忘我”、“完全”、“徹底”為蘭考人民服務的事跡。全文共一萬多字,分八個部分：1、關鍵在于縣委領導核心的思想改變；2、吃別人嚼過的饃沒味道；3、榜樣的力量是無窮的；4、當群眾最困難的時候,共產黨員要出現在群眾面前；5、縣委書記要善于當班長；6、他心里裝著全體人民,唯獨沒有他自己；7、活著我沒有治好沙丘,死了也要看著你們把沙丘治好！8、他沒有死,他還活著。1966年2月7日上午10點，中央人民廣播電臺播音員齊越錄播了長達70分鐘的這篇通訊，當天21點撤銷原來的文藝節目和專題節目重播此篇通訊，2月8日和9日又重播。1966年2月7日，《人民日報》頭版頭條發表一文，其上為通欄大字“我們為人民而死，就是死得其所”。其右是社論《向毛澤東同志的好學生焦裕祿學習》。播發當天，胡喬木在上海讀到報紙，當晚讓秘書給穆青打電話表示祝賀，稱贊這篇通訊寫得好，非常感人，建議新華社要做后續報道。隨后，《人民日報》又連續發表了7篇社論：《要有更多這樣的好干部》、《最可貴的階級感情》、《在用字上很下功夫》、《用整風精神學習》、《調查就是解決問題》、《最有力的領導》、《思想改造永無止境》。至此,學習焦裕祿活動在全國掀起。2月7日各地黨報也在頭版頭條刊發此篇通訊。中央各部委，全國各大中央局，各省、市、自治區，各大軍區，各地市、縣都紛紛發文件，要求黨員和干部向焦裕祿學習。大批記者、作家、畫家，成千上萬的干部、工人、學生，奔向了蘭考參觀。新華社河南分社暫遷蘭考辦公2個月，圍繞焦裕祿又發表了大小一百三十多篇稿子；鐵道部門決定，隴海線的列車一律在蘭考站短時停靠。
1966年2月9日，董必武作《學焦裕祿同志》一詩“……長抱肝癌痛，勞累損其軀。不避風雨惡，不作饑寒呼。關心人民事，忘身直若無……”，刊發于1966年2月11日《人民日報》。
隨著長篇通訊的發表，焦裕祿的名字迅速傳遍了神州大地。但河南有人指責文章“不講階級斗爭，只講生產斗爭”，攻擊主創人員周原“是個摘帽右派，應該把他趕出蘭考！”穆青和周原很快就給河南省委寫了一個情況通報，省委隨即召集開封地委和蘭考縣委的領導趕到鄭州匯報。時任蘭考縣委書記在省委會議室里放了第一炮：“焦裕祿是個好同志，但他改造蘭考的計劃才開了一個頭，他就死了，后面的任務大著哩，我可沒本事給他填這個坑。”說完，他再次重復了蘭考“災、難、病、苦、死、逃……”的三句話、六個字，把向省委索要物資的報告遞給了省委第一書記劉建勛。等所有人的發言都結束后，劉建勛講話：