1964年8月，刘亚楼跟随李先念副总理前往罗马尼亚进行访问。访问期间，一向精力充沛的刘亚楼突然身体不适，还出现了腹泻、腹胀等现象，起初，刘亚楼觉得自己是水土不服，就忍了过去。
回国后，刘亚楼的身体并没有出现好转。于是他同妻子翟云英来到了北京医院进行检查，医生经过诊断后发现，刘亚楼患上了肝癌，需要马上进行治疗。
刘亚楼和妻子翟云英出访外国
医院将这一情况上报给了党中央，在周总理的关注下，北京医院专门聘请了多位国内外的顶级专家，对刘亚楼的病情进行会诊。
会诊结束后，专家一致认为他的病情已经非常严重了，再这样发展下去的话后果不堪设想。为此，毛主席当即指示：“赶紧治，哪里条件好就到哪里去治，要全力以赴地进行治疗。”
尽管如此，刘亚楼最为关心的却是关于空军发展的情况，他在得知美国的无人驾驶侦察机被我军击落的消息后，高兴的给毛主席写了一封信，来表达自己内心的激动。毛主席看了刘亚楼写的信件后，又做出了批示：“刘亚楼同志，你的来信和报告我已经看过了，很好，你一定要注意休养，千万不可疏忽大意。”
直到毛主席的“指示”下达后的第二天，刘亚楼才放下了手头上的工作，准备前往上海华东医院进行治疗。
刘亚楼在听战士们讲解
来到上海后，党中央安排他到了华山路的一座花园小楼里进行治疗，同时还派来一位高级厨师为刘亚楼做饭。可卧病在床的刘亚楼一直在挂念着自己的工作，他强撑着病重的身体在为空军的安全建设上提供了一系列的指导意见。
党中央对刘亚楼的病情高度关注，医疗人员也尽了最大的努力，可他的病情却没有任何好转的迹象。1965年5月7日，刘亚楼将军离开了人世。
5月11日，在首都2500多人的瞩目下，刘亚楼的公祭大会在中山堂如期举行。毛主席除了有要事无法参加外，其他的中央领导同志都悉数到场。
刘亚楼将军的追悼会
公祭大会结束后，在刘少奇和林彪的护送下，灵车缓缓地开到了八宝山革命公墓。一路上，成千上万的战士站立在道路两旁，向灵车立正、敬礼；成千上万的群众来到了道路上，自发的为英雄送别。
刘亚楼将军全心全意的为人民服务，将生命奉献给了整个国家。经过七十多年的发展，中国的空军建设取得了很大的成就，这一切都离不开刘亚楼将军等老一辈革命家的无私奉献。缅怀先烈，砥砺前行。
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