８月９日８时３０分，开始了对邓稼先的手术。
而７５岁的张爱萍８时便赶到了医院，又就术前的情况进行了仔细询问。自手术开始，他就在手术室外等候，一直等到手术结束。
手术成功，病灶全部切除，邓稼先精神状态尚好。张爱萍略感慰藉。主任医师向他报告，下一步要进行化疗，之后才能判定能否康复。张爱萍又一次叮嘱说：一定要设法减轻他的痛苦，千方百计地予以治疗。有什么困难和情况，要及时报告我们。为了他的康复，我们不惜一切代价。
此后，医院对邓稼先的病情就采取了“病情报告”的办法，不定期而又及时地报告有关首长和单位。８月２４日，张爱萍接到了当天的也是第一期《邓稼先病情报告》，说有癌细胞转移，准备化疗。张爱萍在这期病报上批示道：
请国防科工委领导（光亚同志）和核工业部领导同志分别前往探视。对其本人和家属应多予以慰勉和照顾。国防科工委和核工业部应指定专人随时与邓夫人和医院取得联系。
对邓稼先的病情，党中央、国务院、中央军委及有关组织都很关心。３０１医院的领导和医护人员也尽了最大努力，但最终还是没有挽留住这位功勋卓著的伟大科学家，他于１９８６年７月２９日与世长辞，终年才６２岁。
７月３０日，正在外地的张爱萍接到了国务院办公厅秘书局关于邓稼先病逝、安排其后事的传真报告，深感悲痛，当即在电报上批示：决定何人参加追悼会，请即告我。我今日赶回京。
８月３日下午，在八宝山革命公墓礼堂举行了追悼会。根据中央的决定，张爱萍致悼词。
新华社为此发了通电专稿。８月４日《人民日报》海外版的题目是：
中国两弹元勋邓稼先逝世
党和国家领导人深切哀悼
同时还发表了张爱萍的悼词。眉题是：张爱萍说邓稼先英名永垂史册。正题为：无私无畏贡献毕生精力呕心沥血建立国防殊勋
追悼会后，张爱萍满怀悲痛写下了一首挽诗：
痛悼我国杰出的核科学家邓稼先同志
踏遍戈壁共草原，
二十五年前。
连克千重关，
群力奋战君当先。
捷音频年传。
蔑视核讹诈，
华夏创新篇。
君视名利如粪土，
许身国威壮河山。
哀君早辞世，
功勋泽人间。
１２年后，邓稼先的夫人许鹿希回忆说：“稼先逝世后，张老请我们全家到北戴河军委疗养院休息了１０多天。他对部下的关心是真心实意的，丝毫没有赏赐的意思。他还建议拍一部《两弹元勋邓稼先》的纪录片，连片名都给写好了。我把他亲笔写的这幅大字挂在家里，以示对稼先的纪念，也是对张老的感念。张老曾拄着手杖，爬上了二层楼，到我家来看望我们。我们全家都很感动，他当时坐过的沙发及房间的摆设，我们至今都没有动，也不想动，是为了记住张老来看我们的情景，记住这个日子。”
