抗戰勝利不久，躺在李庄板栗坳病床上的梁思永偶然從一本外文雜誌上看到一個新的醫學成果，患肺病者如去掉肋骨可使有病的肺萎縮下來，健康的肺將發揮更大作用。這個消息令卧病在床飽受病痛折磨長達四年之久的梁思永極度興奮，他當即決定赴重慶實施手術。得到傅斯年同意，在梁思成的幫助下，梁思永攜家眷乘船來到了重慶，入住高唐奎醫院，由著名胸外科專家吳英愷主持，切除了七根肋骨。自此，梁思永一直在重慶醫院休養。當1946年全國性的複員開始時，傅斯年通過時任交通部長俞大維的私人關係，讓梁思永一家搭乘一架軍用飛機飛往北平。當時梁的身體尚未恢複，他躺在一張帆布椅子上被抬上飛機。考慮到路途困難，傅斯年再以個人名義發電報讓夫人的堂兄、時在北平的俞大孚幫忙接機。梁思永一到北平，即由俞大孚等四人抬下飛機舷梯，專車護送到梁在北平的大姐梁思順家暫住。一個星期後搬到東廠衚衕原黎元洪大總統居住的院內三間北房休養，此後病情稍有好轉。
對於梁思永這段很少為外人所知的經歷，遷往台灣的屈萬里在回憶傅斯年的一篇文章中說道：「抗戰期間，八年艱苦的歲月，他為了維持史語所，真費盡了心血。他千方百計的來維持研究人員的生計，使他們能安心治學；他對於生病的人那麼關心，他想盡辦法來給病人弄錢養病。因患肺病而割掉七條肋骨的某君，假若不是孟真先生督促醫生治療，假若不是孟真先生想法子給他弄錢休養，那無疑地在九年以前已經故去了。」這段回憶大體不差，如果沒有傅斯年的鼎力相助，或者說假如梁思永服務於中央研究院其他的研究所如陶孟和主持的社會科學研究所，就當時的經濟、醫療條件和梁氏的身體狀況，很難說能維持到戰後回北平的日子，因為與梁思永、林徽因患同樣肺病的陶孟和之妻沈性仁就沒有保住性命，且當時沈的病情並不比梁、林更險惡。
1948年8月5日，在北平養病的梁思永致信南京史語所的李濟說：「弟五月底入協和醫院，住院十二日。檢查身體，結果是右肺健全，左肺壓塌狀態良好，胃腸透視都沒有發現毛病。除了氣管里的結核病灶可能尚未痊癒外；可以說沒有病了。不過身體經過這幾年跟病菌鬥爭之後，真猶如戰後的英倫，雖然戰勝敵人，但元氣消蝕殆盡，就要恢複到小康的局面，也萬分困難。」又說：「弟近間起坐之時已加多，且能出到院中行走。只可恨注鏈黴素後發生頭暈現象，走起路來搖搖擺擺，不很穩當。」這是梁思永在生命的暮年，即將油干燈盡時與史語所同仁的最後一次通信，自此海天相隔，書信中斷，再也聞不到對方的信息了。
1950年5月，梁思永以他在考古學界巨大的影響力和崇高地位，被新生的中央政府任命為中國科學院考古研究所副所長，名列夏鼐之前。儘管梁的身體仍虛弱無力，不能出門直接指導所內事務，但可在家中參加或主持所內一些重要會議。據夏鼐說：「他（梁）在考古所成立後初次看見我時，便很興奮地談著關於考古研究所的計畫。他說：『所中一切事情都由鄭所長和我來管好了。只希望你和所中具有田野工作經驗的幾位，帶著一班年輕朋友們，在外面多跑跑，訓練年輕的人才是目前最迫切的任務。這種訓練是需要在當地實際工作中親手指點的。』因此，我到所後一年半中的大部分時間是在外地工作，沒有多替他在所內分勞。」自1950年秋開始，於政治運動尚未大規模到來的短暫空隙，考古所人員幾乎傾巢出動，在夏鼐帶領下，先後對河南輝縣琉璃閣、固圍村和趙固等地進行了大規模發掘，發現一批東周時期的大型和中小型墓葬以及車馬坑數座，出土了大量青銅器物。梁思永不僅在家中主持考古所的日常工作，還為撰寫《輝縣發掘報告》的青年考古學家具體輔導，並親自撰寫報告參考提綱。梁的工作熱情與人格風範給進所不久的青年學生，後來成為考古所夏鼐手下「五虎上將」之一的安志敏留下了難忘的印象：「從我們到考古所那天起，（梁）便給我們布置了必讀的書目和學習計畫，每周還要填表逐日彙報學習和工作情況，並經常同我們談話以便作更深入的了解，從治學方法到思想修養無所不包，以督促和愛護的心情幫助我們克服思想上和學習上的缺陷，為考古研究所培養了一批新的骨幹。」
1953年2月，梁思永心臟大幅度衰竭，身體更加虛弱，只得脫離工作安心在家休養。到了1954年春，心臟病發作，入北京人民醫院救治。3月8日，梁思永讓夫人李福曼打電話叫自己的妹妹、時在北大圖書館工作的梁思庄到醫院，當梁思庄匆匆趕來時，梁思永握著她的手說：「自己將不久於人世，要和大家永別了！」
據梁思庄女兒吳荔明回憶說，在梁思永生命垂危的最後階段，都沒有為自己的病情和痛苦哼一聲，一直默默堅持著，為戰勝病魔奮鬥著。突然有一天，「三舅（梁思永）對著和他相廝相守22年的三舅媽平靜地說：『我不奮鬥了，我奮鬥不了啦，我們永別了！』1954年4月2日，我照常騎車到了人民醫院，傳達室老大爺說『姑娘，不用拿牌子快上去吧，你舅舅去世了。』我不能相信他的話，我轉身看見很多小卧車停在院中，我腿軟了，扶著樓梯兩邊的扶手一步一步上了樓，在灰暗的樓道里我一眼看見二舅（梁思成）那瘦小駝背的身軀，我輕輕走到他身邊叫了一聲『二舅！』他悲傷地拍著我的肩膀示意我進病房去……三舅媽鎮定地坐在一旁，柏有姐傷心至極已哭不出聲倒在門口一個床上，我拉著她的手輕輕叫著：『蹦子，你哭啊，你哭啊！』我自己的眼睛淚水止不住地往下流。」
一顆考古學巨星在他50歲的英年隕落了，同仁聞訊，無不傷感悲泣。梁思永的遺骨被安葬在北京八寶山革命公墓，梁思成親自設計的漢白玉卧式墓碑上刻有郭沫若題寫的碑文：
中國科學院考古研究所副所長梁思永先生之墓一九零四年十一月十三日生一九五四年四月二日卒郭沫若敬題梁思永隨風飄逝，但他生前的功業卻長久地留在了人間大地。對於梁思永的墓志銘，有學術界中人士認為郭沫若如此題刻，是對這位學術巨人的不敬。梁思永的成名來源於他對中國考古學所作出的重大貢獻，他的業績是通過一個無與倫比的考古學家的身份創造的，絕非一個「考古所副所長」這樣一個綠豆粒般大小的官僚可與之相提並論。失去了考古學家的頭銜，梁思永便不再是人們心目中崇敬有加的梁思永，也不是1948年當選為首屆中央研究院院士的學術大師梁思永，而只能是烏煙瘴氣的宦海中，尤似一個整日戰戰兢兢，欺軟怕硬，欺上瞞下，陽奉陰違的小芝麻官了，而這樣一個小小的芝麻官又算得了什麼呢？或者說，再大的官僚又算得了什麼呢？1927年2月，梁思成由美國致信父親梁啟超，對自己和弟弟梁思永所學專業於國家民族進步，提出了到底是「有用」還是「無用」的詢問。對此，梁啟超斬釘截鐵地回答道：「這個問題很容易解答，試問唐開元天寶間李白、杜甫與姚崇、宋璟比較，其貢獻於國家者孰多？為中國文化史及全人類文化史起見，姚、宋之有無，算不得什麼事。若沒有了李、杜，試問歷史減色多少呢？」又說：「思成所當自策勵者，懼不能為我國美術界做李、杜耳。如其能之，則開元、天寶間時局之小小安危，算什麼呢？」
後來的事實證明，梁思成與梁思永兄弟的確沒有做成近代的李、杜，卻像英國首相丘吉爾在二戰中那句名言一樣，為人類奉獻了「熱血、辛勞、眼淚和汗水」，並用自己的辛勞和智慧構築起前無古人的名山大業，成為近現代建築史學和田野考古學這道星河中最燦爛的明星，其對中國乃至世界文化史的貢獻，怎是一個小小的副所長的官帽所能涵蓋得了的？李白在《江上吟》中寫道：「屈平詞賦懸日月，楚王台榭空山丘。」意謂楚王當年耗盡百姓血汗興建的一堆豪華美麗的樓堂館所，早已隨著風雨飄散而去，而楚國偉大的作家屈原留下的那些名篇佳構，兩千年來卻像日月一樣永恆不朽，閃耀著蓋世光輝，成為人類文化史上璀璨的瑰寶。當年梁啟超對兒子們所作的比喻，正是李白文化思想的繼承和延伸。就人類歷史發展的長河論，一個王朝的宰相若此，一個皇帝或一個總統，對於文化與文明的進步所充當的角色同樣若此。梁啟超深邃的思想與宏闊的歷史見地，很能令人想起美國第三屆總統托馬斯·傑弗遜（Thomas Jesserson）的墓碑碑文：
托馬斯·傑弗遜，《獨立宣言》的起草人，《弗吉尼亞宗教法案》的起草人，弗吉尼亞大學的創建人埋葬於此。
這個令世界人類為之景仰的墓志銘據說是傑弗遜本人生前所題，死後刻到墓碑上的，但他沒有提及自己曾做過美利堅合眾國總統之事。究其原因，台灣學者李敖曾有這樣的解釋「美國總統算老幾啊，這個是世俗的職位，值不值得這樣談呢？不談，不值得這樣談，不值得這樣重視。」
或許李氏說得有些偏頗，但不能說沒有一點道理。同理。只有作為中央研究院院士兼考古學家的梁思永，他的光芒才顯得耀