Болезнь быстро прогрессировала и причиняла ему невероятные страдания. Из Севра Мечникова перевезли в больницу Института Пастера, где, сидя в постели (из-за боли и одышки), он продолжал работать над статьями по истории науки, вопросам пола, проблеме гениальности среди подростков. И в этом был его личный вызов тем жестоким обстоятельствам, в которых он находился. Весной (в марте-апреле) его посещали ученики, среди которых был его любимый ученик – профессор Л.А. Тарасевич, русские депутаты Государственной Думы (Шингарев, Милюков, Энгельгардт) и журналисты. «Это было одним из наибольших удовольствий за время его долгой болезни», – вспоминала О.Н. Мечникова [3. С.210]. Он был очень признателен заботливости со стороны Эмиля Ру. Тогда же у него возникла мысль о захоронении своего праха в Библиотеке Пастеровского института. «Что за похоронные шутки», – комментировал эту идею Э. Ру [3. С.213].
«За месяц до смерти Илью Ильича перенесли в бывшую квартиру Пастера. Это доставило ему очень большое удовольствие, т.к. он был ближе к своей лаборатории. Изредка он еще надеялся вернуться в нее» [3. С.214]. Мечников просил Ольгу Николаевну записывать его «последнюю главу жизни», надеясь, что своим отношением к смерти он сможет уменьшить страх других перед нею [3. С.IV]. С начала июня 1916 г. состояние Мечникова ухудшилось, и врачи стали вводить ему пантопон (опийный наркотик). Умер он рано утром в 4 часа 20 мин. 15 июня 1916 г., в возрасте 71 года. Тело Мечникова было кремировано на кладбище Пер-Лашез в Париже и урна помещена на полку одного из шкафов в Библиотеке Института Пастера.