Ngày 6/7/1967, đúng vào ngày lên đường quay trở lại chiến trường miền Nam để tiếp tục chỉ đạo cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, Đại tướng Nguyễn Chí Thanh bị một cơn đau tim đột ngột. Trái tim Đại tướng đã ngừng đập vào lúc 7 giờ 10 phút sáng tại Hà Nội, hưởng thọ 53 tuổi.