1966年8月31日，陈毅在天安门城楼上见到毛主席，毛主席笑着和他握手，随后挽起陈毅的胳膊走进休息室，询问他最近怎么样。
陈毅说：“主席，我有错误，历史上我反对过您两次。”毛主席摆摆手说道：“你就是第三次反对我，我也同你合作！我保你！”
陈毅在外交岗位上，一直工作到1968年10月9日接见日本客人为止。10月，陈毅在北京出席党的八届十二中全会后，在加强战备、疏散城市人口的名义之下，前往铁道部北京南口机械修配厂蹲点，他的外交生涯就此结束。
两年后，陈毅在妻子张茜的陪同下返回北京，经中央批准住在解放军总医院治病。12月25日，陈毅提醒，次日就是毛主席的生日了，他要和家人一块庆祝，吃一碗寿面，故而，当天离开301医院回到家里。
没过多久，陈毅便从中南海旧居迁出，这些年来，陈毅一直住在中南海，迁居时，陈毅和张茜在中南海宅院中手植的松柏已经八年了。
1971年1月16日，陈毅进行了肠癌切除手术。5月1日，他出席了首都人民举行的“五一”国际劳动节庆祝晚会，登上天安门城楼观看焰火。之后，参加中央工作会议。8月，他在女儿姗姗的陪同下前往北戴河疗养。9月8日，陈毅离开北戴河回京住院医疗。
1971年11月初，陈毅开始呕吐，之后，他的病情急剧恶化。没几天的功夫，他已经“完全不能进食”。因为情况危急，转而送去北京日坛医院进行胃肠吻合手术，希望借此解决进食问题。陈毅用自己惊人的毅力忍受第二次手术带来的剧烈痛苦。
次年，1月2日下午，李先念专程去探望陈毅。陈毅费劲力气睁开眼睛，同他道谢，当晚，周总理接到医生的报告，陈毅的神智极其清醒，大有回光返照的嫌疑。周总理立刻从人民大会堂赶去陈毅的身边。
1月3日，陈毅又一次昏迷，1月4日，叶剑英才刚刚离开，陈毅便醒了，开口的第一件事便是询问叶帅有没有来，随后又昏迷了。医生立刻展开抢救，许久，陈毅终于恢复了自主呼吸，他睁开眼睛后，发现妻子和四个孩子都围在自己的身边。
女儿姗姗更是紧紧地握着爸爸的手，将耳朵贴在他的嘴边，听到他说：“......一直向前......战胜敌人......”这是陈毅留给家人的最后一句话。
陈毅病重时，一直在和孩子们强调，要见一见叶剑英。
最后的时间里，丛军一直陪伴在父亲的身边，后来，叶帅给她打电话，不管陈毅说了什么话，都要记录下来，和他报告。后来，丛军告诉叶帅，父亲今天问他了。
1月6日，叶剑英闻讯匆忙赶来，他颤抖着手从自己的口袋里面掏出了一张纸，上面抄着的正是毛主席为“二月逆流”平反的话，他知道陈毅在等什么。然后交给姗姗，让她给陈毅念一念。
姗姗在父亲耳边提醒，爸爸如果你听得到，就闭一闭眼睛。陈毅立刻闭上眼睛。随后，叶剑英和张茜同时让姗姗念第二遍，此时，陈毅的眼睛还睁着，却已经再没有反应。在他临终时，他终于等到了想要的答案，没有留下毕生的遗憾。1972年1月6日23时55分，陈毅逝世。
得知陈毅逝世的噩耗，刘伯承悲痛欲绝，此时的刘伯承已经双目失明，走路都需要人搀扶着，但是，他仍旧赶去医院，人未到哭声先传进病房里。刘伯承的眼睛已经看不见，他只能用手摸索着老战友的面容，他不停地说：陈老总，他刘瞎子离不开陈老总这根“拐杖”。在场的人听后失声痛哭。
1月8日，毛主席签发中央送审的关于陈毅追悼会文件时，得知这一不幸的消息。
这份报告里关于追悼会的规格安排是按照军队的元老一级安排的。毛主席和其他政治局委员不参加。看过报告后，毛主席将悼词里面的“有功无过”四个字划掉，随后签发。
1月10日午饭后，按照以往的习惯，毛主席都会睡一会儿，可是，这天他辗转反侧都毫无睡意，毛主席身边的工作人员劝说他休息一会儿，然而，毛主席却表现得很烦躁。
过了一会儿，毛主席询问，现在是什么时间？在得知是一点半时，毛主席提出让工作人员调车，他要去参加陈毅的追悼会。
对于毛主席的这一决定，很多人都被打的措手不及，不过，还是抓紧时间调汽车，同时将毛主席的临时决定通知到汪东兴等领导同志。
此时，毛主席身上还穿着睡衣，下身搭着一条薄毛裤，工作人员原本打算重新给毛主席换一件衣服，他摆摆手，不需要换了，他在睡袍外面套一件衣服就可以了。
毛主席乘坐五十年代苏联政府送给他的那辆吉斯牌轿车，沿着长安街径直向西驶去。
毛主席下汽车后，没有看见陈毅的遗孀张茜，以及他的子女们。
在警卫人员的指点下，毛主席来到大厅，曾几何时，张茜漂亮高雅，可是，出现在毛主席面前的却是一个面容憔悴，齐耳短发已经发白的女人，和过去相比，可谓是判若两人。
在追悼会看到毛主席的那刻，张茜心情特别激动。
谈话快结束时，张茜关切地同毛主席说，他坐一下就回去吧。
毛主席摇摇头，不，他也要参加追悼会，给他拿一个黑纱。于是，他们给毛主席的大衣袖子上戴了一块宽黑纱。
追悼会开始后，周总理站在陈毅遗像前致悼词，毛主席站在队伍的前面，他那高大的身躯略微前倾，静静听着。
追悼会结束后，毛主席再次和张茜握手，两人就此告别，张茜还有老同志们将毛主席送到汽车前。
这是毛主席最后一次参加他的战友的追悼会，此后，毛主席的身体也来越差，已经是心有余而力不足。