1964年，医生发现柯庆施患肺癌，由上海华东医院切除了致癌肺叶。此后，柯的身体己很虚弱。1965年春，应正在成都疗养的贺龙和西南局书记李井泉之邀，柯庆施于3月13日到成都。4月5日是清明节。这天由西南局和四川省委领导李井泉、李大章、廖志高等出面设晚宴招待，正在成都的朱德、贺龙和柯庆施都是宴请的主宾。这种宴请通常都是主宾双方和夫人共桌。临开席有人提议：今天的晚宴男女宾分桌，大家一醉方休。此提议一出最受男宾欢迎，于是立即安排夫人们另开一桌，柯庆施的夫人被安排到女宾席。为此柯庆施高兴异常，欢呼道："哈哈，今天解放了！"原来柯夫人知柯庆施有病，宜吃清淡饮食，忌油腻、烟酒。遵医嘱，她平日里对柯庆施的饮食生活管束甚严。这晚柯庆施偶得"解放"，又逢老友，真有点"酒逢知己干杯少"的氛围，大家尽兴而饮，一醉方休。宴会从下午6时开席，至晚9时许才尽兴而散。
柯庆施回到招待所，看了些文件，临睡还吃了一把花生米，食欲极好。几小时后，大约午夜12时多，柯庆施腹痛，柯的保健医生胡允平当即赶到作了常规处理，一直到凌晨2时，病情不见缓解。胡允平立即给上海专管高干治疗的华东医院挂长途电话，向薛邦祺院长汇报了柯庆施的病情。到清晨，眼看柯庆施的病情继续加重，连秘书也慌了神，便直接给上海市委书记处书记陈丕显打电话，要求火速派上海的高干医护人员到成都诊治。这时，虽然柯庆施身边围满了四川方面许多优秀的医生，但柯庆施自己和家属却更信任上海的医生。中午时分，上海市委书记处书记王一平领着上海一流的医护组赶往成都，立即投入会诊、抢救。可是虽经几天的努力，依然无效，柯庆施于4月9日下午6时30分逝世。在上海、四川的医生合力抢救的过程中，国家卫生部部长钱信忠同中国医学科学院副院长吴阶平教授也专程从北京飞抵成都，主持抢救工作。柯死后，钱部长和吴教授又亲自主持柯庆施的尸体解剖和病症研究工作，可谓慎之又慎，郑重其事。当时经北京、上海、四川三方医生、专家、教授合议，对柯庆施之死的共同结论是："柯庆施死于急性出血胰腺炎"。
