新中国成立后，林徽因除担负清华的教学工作，还兼任北京市都市计划委员会委员、人民英雄纪念碑建筑委员会委员等职。同时当选为北京市第一届人民代表大会代表、全国文代会代表等。按林徽因的说法，从这时起，她才真正以林徽因自己，而不是以“梁太太”的世俗身份投身于新的政权和新的社会改造、建设之中。在此期间，林徽因颇为自豪地与梁思成等清华同仁共同参与了新中国国徽与人民英雄纪念碑的设计，具体担任了纪念碑碑座纹饰和花圈浮雕的设计任务。据说，当毛泽东主席在政协全国一届二次会议上宣布清华大学设计的国徽图案获得通过时，坐在台下的林徽因激动得流下了热泪。
1954年秋，林徽因病情急剧恶化，完全丧失了工作能力。是年底，病危，入住北京同仁医院抢救。1955年1月，梁思成积劳成疾，入住同仁医院林徽因隔壁病房治疗，与林徽因成了病友。梁的病情稍有好转，便每天到妻子房中探视、陪伴，但此时的林徽因已衰弱得难以说话，最后拒绝吃药救治。
1955年3月31日夜，林徽因进入了弥留之际，粱思成从隔壁病房来到她的床前，此时林徽因脸上已没有一点血色。看到妻子痛苦挣扎的神情，焦急又没有办法医治的梁思成放声痛哭，喃喃自语道：“受罪呀，徽，受罪呀，你真受罪呀！……”夜深之后，梁思成回到自己的病房休息。未久，林徽因自知不久于人世，用微弱的声音告诉护士，她要见梁思成最后一面并有话要说。蛮横的护士竟以“夜深了，有话明天再说”为由予以拒绝。但林徽因已没有气力等到天亮了，最后一个心愿竟未能实现，遂成为终生遗憾。
4月1日清晨6时20分，林徽因咽下最后一口气，撒手人寰，终年51岁。在生命的最后一刻，她究竟要对夫君梁思成说些什么？这个疑问随着林徽因的去世成为一个不解之谜。
林徽因去世后入葬八宝山革命烈士公墓，人民英雄纪念碑建筑委员会决定，把林徽因亲手设计的一方富于民族风格的花圈与飘带的汉白玉刻样移作她的墓碑，碑上镌刻着“建筑师林徽因之墓”字样。按照梁、林夫妇此前约定的“后死者为对方设计墓体”的承诺，梁思成亲自为妻子设计了墓体——一个美丽的诗人与建筑学家带着她的梦想与信念就此长眠。
悼唁仪式上，众多亲朋故旧、好友学生送来了花圈挽联，最醒目的当是林徽因生前的挚友金岳霖、邓以蛰联名撰献的挽联：“一身诗意千寻瀑，万古人间四月天。”
一身诗意的林徽因在春意盎然的四月随风飘逝，她美丽的心灵与旷世才情循着瀑布的飞腾洒向大地人间。她为中国文学与建筑史学留下的不朽佳作名篇，将作为一个时代的典范永垂后世。
林徽因经历了抗战九年的颠沛流离，经历了国恨家难、贫病愁苦的惨痛煎熬，这位遍体鳞伤的人间精灵化作一缕淡淡的彩虹在西天消失。著名诗人何三坡说：“造物主赋予林徽因惊艳的美貌，就不必再赐给她绝世才情；而赐予她绝世才情，就无须再给她光辉灿烂的凄艳之美。既然两者兼而有之，则必假上帝之手设法令其不寿。”天耶？命耶？抑或天命欤！
大道无形，大音希声。林徽因的仙逝，或许是仁慈的上帝老人对这位下凡人间的天使特有的爱恋与惠顾，以免其洁白真诚的身心遭受侮辱与蹂躏。假如她再活下去，那就不是只被砸毁一块墓碑的侮辱了（南按：林氏墓碑在“文革”中被清华红卫兵砸毁），很可能有被抛骨扬灰的下场。林徽因的早逝，是上帝的爱抚，是她不幸之中的大幸运。至于他的家人与好友仍在世间的大风雨中摸爬滚打，直至惨遭不幸，则是上帝与天国里的她所无法顾及的了。
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