抗战胜利不久，躺在李庄板栗坳病床上的梁思永偶然从一本外文杂志上看到一个新的医学成果，患肺病者如去掉肋骨可使有病的肺萎缩下来，健康的肺将发挥更大作用。这个消息令卧病在床饱受病痛折磨长达四年之久的梁思永极度兴奋，他当即决定赴重庆实施手术。得到傅斯年同意，在梁思成的帮助下，梁思永携家眷乘船来到了重庆，入住高唐奎医院，由著名胸外科专家吴英恺主持，切除了七根肋骨。自此，梁思永一直在重庆医院休养。当1946年全国性的复员开始时，傅斯年通过时任交通部长俞大维的私人关系，让梁思永一家搭乘一架军用飞机飞往北平。当时梁的身体尚未恢复，他躺在一张帆布椅子上被抬上飞机。考虑到路途困难，傅斯年再以个人名义发电报让夫人的堂兄、时在北平的俞大孚帮忙接机。梁思永一到北平，即由俞大孚等四人抬下飞机舷梯，专车护送到梁在北平的大姐梁思顺家暂住。一个星期后搬到东厂胡同原黎元洪大总统居住的院内三间北房休养，此后病情稍有好转。
对于梁思永这段很少为外人所知的经历，迁往台湾的屈万里在回忆傅斯年的一篇文章中说道：“抗战期间，八年艰苦的岁月，他为了维持史语所，真费尽了心血。他千方百计的来维持研究人员的生计，使他们能安心治学；他对于生病的人那么关心，他想尽办法来给病人弄钱养病。因患肺病而割掉七条肋骨的某君，假若不是孟真先生督促医生治疗，假若不是孟真先生想法子给他弄钱休养，那无疑地在九年以前已经故去了。”这段回忆大体不差，如果没有傅斯年的鼎力相助，或者说假如梁思永服务于中央研究院其他的研究所如陶孟和主持的社会科学研究所，就当时的经济、医疗条件和梁氏的身体状况，很难说能维持到战后回北平的日子，因为与梁思永、林徽因患同样肺病的陶孟和之妻沈性仁就没有保住性命，且当时沈的病情并不比梁、林更险恶。
1948年8月5日，在北平养病的梁思永致信南京史语所的李济说：“弟五月底入协和医院，住院十二日。检查身体，结果是右肺健全，左肺压塌状态良好，胃肠透视都没有发现毛病。除了气管里的结核病灶可能尚未痊愈外；可以说没有病了。不过身体经过这几年跟病菌斗争之后，真犹如战后的英伦，虽然战胜敌人，但元气消蚀殆尽，就要恢复到小康的局面，也万分困难。”又说：“弟近间起坐之时已加多，且能出到院中行走。只可恨注链霉素后发生头晕现象，走起路来摇摇摆摆，不很稳当。”这是梁思永在生命的暮年，即将油干灯尽时与史语所同仁的最后一次通信，自此海天相隔，书信中断，再也闻不到对方的信息了。
1950年5月，梁思永以他在考古学界巨大的影响力和崇高地位，被新生的中央政府任命为中国科学院考古研究所副所长，名列夏鼐之前。尽管梁的身体仍虚弱无力，不能出门直接指导所内事务，但可在家中参加或主持所内一些重要会议。据夏鼐说：“他（梁）在考古所成立后初次看见我时，便很兴奋地谈着关于考古研究所的计划。他说：‘所中一切事情都由郑所长和我来管好了。只希望你和所中具有田野工作经验的几位，带着一班年轻朋友们，在外面多跑跑，训练年轻的人才是目前最迫切的任务。这种训练是需要在当地实际工作中亲手指点的。’因此，我到所后一年半中的大部分时间是在外地工作，没有多替他在所内分劳。”自1950年秋开始，于政治运动尚未大规模到来的短暂空隙，考古所人员几乎倾巢出动，在夏鼐带领下，先后对河南辉县琉璃阁、固围村和赵固等地进行了大规模发掘，发现一批东周时期的大型和中小型墓葬以及车马坑数座，出土了大量青铜器物。梁思永不仅在家中主持考古所的日常工作，还为撰写《辉县发掘报告》的青年考古学家具体辅导，并亲自撰写报告参考提纲。梁的工作热情与人格风范给进所不久的青年学生，后来成为考古所夏鼐手下“五虎上将”之一的安志敏留下了难忘的印象：“从我们到考古所那天起，（梁）便给我们布置了必读的书目和学习计划，每周还要填表逐日汇报学习和工作情况，并经常同我们谈话以便作更深入的了解，从治学方法到思想修养无所不包，以督促和爱护的心情帮助我们克服思想上和学习上的缺陷，为考古研究所培养了一批新的骨干。”
1953年2月，梁思永心脏大幅度衰竭，身体更加虚弱，只得脱离工作安心在家休养。到了1954年春，心脏病发作，入北京人民医院救治。3月8日，梁思永让夫人李福曼打电话叫自己的妹妹、时在北大图书馆工作的梁思庄到医院，当梁思庄匆匆赶来时，梁思永握着她的手说：“自己将不久于人世，要和大家永别了！”
据梁思庄女儿吴荔明回忆说，在梁思永生命垂危的最后阶段，都没有为自己的病情和痛苦哼一声，一直默默坚持着，为战胜病魔奋斗着。突然有一天，“三舅（梁思永）对着和他相厮相守22年的三舅妈平静地说：‘我不奋斗了，我奋斗不了啦，我们永别了！’1954年4月2日，我照常骑车到了人民医院，传达室老大爷说‘姑娘，不用拿牌子快上去吧，你舅舅去世了。’我不能相信他的话，我转身看
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