Od początku choroby Prymas otoczony był wielką modlitwą, nie tylko domowników, przyjaciół i księży, ale całej Polski. Do wielkiej modlitwy w intencji śmiertelnie chorego kard. Wyszyńskiego dołącza 13 maja kolejna wielka modlitwa: o ocalenie życia Jana Pawła II. "Kiedy dowiedział się o tym zamachu, jakby skurczył się w sobie i po chwili powiedział: «Zawsze się tego bałem»” - notował ks. Bronisław Piasecki. Dzień później schorowany Prymas prosił modlący się o jego zdrowie lud, by "te heroiczne modlitwy” zanosił błagając o zdrowie i siły dla Ojca świętego.

Kard. Wyszyński powoli wyłączał się ze swoich aktywności. 12 maja, mimo wyraźnego osłabienia, ostatni raz odprawił Mszę św. 16 maja z największą pobożnością i wiarą, w obecności wzruszonych domowników przyjął sakrament namaszczenia chorych. "W tych ostatnich tygodniach był niezwykle cierpliwy, nigdy o nic sam nie prosił, trzeba było pytać albo domyślać się, czy przewrócić, czy w czymś ulżyć. Godził się wtedy i dziękował, ale sam nie występował z żadną prośbą. […] Nigdy się nie skarżył, nie jęczał, a przecież zabiegi męczyły Go bardzo” - notowała siostra Józefa Kozieł, pielęgnująca go dniem i nocą. Siostra zauważyła również, że ten sposób cierpienia emanował na domowników, którzy - za przykładem cierpiącego - starali się być dla siebie uważni i dobrzy.

Wielką pociechą w ostatnich dniach była dla niego wizyta kopii cudownego obrazu Pani Jasnogórskiej, która peregrynowała po Polsce. - Kard. Stefan Wyszyński w wieku 9 lat stracił matkę, za którą potem tęsknił całe życie. Miłość, którą miał do niej, przeniósł na Matkę Najświętszą. Wielokrotnie potem powtarzał: „Chciałem mieć Matkę, która nie umiera” - wyjaśnia Michalina Jankowska.

21 maja stan zdrowia Prymasa wyraźnie się pogorszył. Wystąpiły problemy z oddychaniem, sercem, bóle w jamie brzusznej. Kard. Wyszyński, doświadczony cierpieniem, w swoich zapiskach wielokrotnie podkreślał: „prochem jestem”. Miał świadomość bycia "nieużytecznym sługą” i tego, że w jego chorobie wypełnia się wola Boża. Żegnając się z najbliższymi współpracownikami w Konferencji Episkopatu, pełen pokory mówił: "Człowiek, któremu się wydawało, że coś zrobił, musi odejść, żeby ludzie wiedzieli, że w Polsce [rządzi] tylko sam Bóg”. Mimo złego stanu zdrowia wciąż przyjmował tych, którzy chcieli się z nim pożegnać. Na cztery dni przed śmiercią w rozmowie telefonicznej poprosił Ojca Świętego o błogosławieństwo.

Ostatnie chwile nadeszły 27 maja. W kaplicy na Miodowej trwała nieustanna modlitwa. Kapelan podał osłabionemu, ale w pełni świadomemu Prymasowi "na łyżeczce” fragment Hostii. Po przyjęciu ostatniej w życiu Komunii św. ok. godz. 11, Prymas zapadł w głęboki, ciężki sen. Ks. Piasecki notuje, że "traci kontakt z otoczeniem”.

Przez całą noc w kaplicy trwała nieustanna modlitwa. Stan zdrowia pogarszał się, podawane leki nie przynosiły poprawy. Czuwający przy łożu Prymasa lekarz ok. 3.30 nad ranem stwierdził, że nadchodzi agonia. Kapelan rozpoczął modlitwę za konających, przy łożu zebrali się lekarze, domownicy i panie z Instytutu Prymasa Wyszyńskiego, które pracowały w sekretariacie przy ul. Miodowej.

Umierający Prymas trzymał w ręku płonącą gromnicę - znak Zmartwychwstania i Życia. O godz. 4.40 nastąpiło zatrzymanie oddechu, ustała praca serca. 28 maja 1981 r. lekarze stwierdzili zgon. "Tej ostatniej chwili towarzyszy cisza i spokój. Jest to śmierć niezwykle spokojna, bez dostrzegalnych oznak konania” - zanotował ks. Piasecki. Podobne spostrzeżenia miała s. Józefa Kozieł, która opiekowała się umierającym Prymasem: "Ks. Prymas zgasł, po prostu dopaliło się to piękne życie. Tyle lat jestem pielęgniarką, tylu chorym towarzyszyłam w ich ostatniej chwili życia, ale tu był niespotykany pokój i majestat śmierci, a może to było samo życie, które stało się Spełnieniem. Za oknami wschodził świt dnia Wniebowstąpienia Pańskiego” - pisała w prowadzonym przez siebie dzienniku, dokumentując swoją niezwykłą posługę.

Sarkofag z ciałem kard. Stefana Wyszyńskiego - zgodnie z jego wolą - znajduje się kaplicy w archikatedrze warszawskiej na Starym Mieście. Od dnia pogrzebu wierni wymodlili tu tysiące łask.