1964年8月，刘亚楼随时任国务院副总理的李先念访问罗马尼亚，随后又率团出访巴基斯坦。在此期间，他一直有腹泻、腹胀、浑身不适的感觉。回北京后，他也没有休息，而是继续连轴转，向各中央领导汇报此次出访情况和处理自己不在期间的空军工作。

总参谋长罗瑞卿看出刘亚楼的脸色有些不对，关切道：“亚楼，你的脸色不对啊！”

刘亚楼摇摇头说：“没什么关系。”一旁的罗瑞卿夫人兼办公室主任郝治平责怪道：“还说没什么关系，云英（刘的夫人）把你的情况都告诉我了。你不关心自己，别人可是难过得很。”

罗瑞卿要求刘亚楼赶紧去医院检查一下，自己先不听工作汇报了。

刘亚楼不肯，坚持要汇报完再去。罗瑞卿拗不过，只好配合。

这不查不知道，一查吓一跳。曾经任毛主席的保健医生、医学界泰斗、内科专家张孝骞亲自带领一个小组检查，发现刘亚楼的肝有大问题，肝硬化晚期，肝硬得跟石头一样了。

而这距他出访回京已经过去两个多月之久。若是早点去做检查，早点发现问题，兴许还有治好的机会。可是他工作太拼了，一刻也不想耽搁。

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刘亚楼患重病的消息传出后，各级领导无不关心和过问。

毛主席致信：“亚楼同志：此件已阅，很好。闻你患病，十分挂念。一定要认真休养，听医生的话，不可疏忽。”

周总理指示：“暂不要向刘亚楼同志和他的家属告诉说他可能患的是肝癌，以减轻其思想压力和痛苦。”

刘亚楼住院后不久，林总打破从不探视任何病人的习惯，亲自到医院看望。他探望了刘亚楼多次，没探望的时候就打电话询问其病情和治疗情况，写信要他好好养病，有时还送些画刊和革命歌曲唱片去。

刘亚楼最后还是走了，终年55岁。这正是年富力强的好时候啊，就这样永远离开了。这件事敲响了一记警钟，此后中央专门设立一套制度：高级干部必须定期检查身体，争取早点发现，及时治疗。在此之前主要靠高级干部的个人意愿。