1924年，馮玉祥發動“北京政變”之后，邀請孫中山北上共商國是。盡管當時政局動蕩，情況復雜，形勢嚴峻，孫中山還是由宋慶齡陪同冒險北上，試圖為實現國家統一尋找出路。
　　在孫中山北上途中的這段時間里，北京的政局發生了很大變化。軍閥段祺瑞、張作霖進入北京，成立了“中華民國臨時執政府”，段祺瑞當上了“總執政”，而馮玉祥卻被排擠到張家口去了。因此，這時孫中山的會談對手已經不是馮玉祥，而是受到張作霖支持的段祺瑞了。
　　到達天津當晚，孫中山突發高燒，肝痛劇烈，頹然病倒了。他并沒有意識到自己已經病情嚴重，還掙扎著給段祺瑞拍了電報：“……一俟病愈即行首途。”
　　12月31日，孫中山乘坐的專列駛進北京前門車站。他在隨行人員的攙扶下，手捂肝部緩緩走下車廂，含笑向歡迎的人們致意。
　　根據安排，孫中山的行轅設在鐵獅子胡同顧維鈞宅中。由于他病情嚴重，暫時住進北京飯店，以便治療。經德國醫生主持會診，認為是肝膿腫，然而治療十數日，并無好轉，反而發現眼睛出現黃疸跡象。醫生認為必須進行手術，但因孫中山身體過于虛弱，隨行人員誰也不敢發表意見，宋慶齡也沒了主意。最后，孫中山自己決定同意動手術。
　　
　　病入膏肓
　　
　　1925年1月26日，孫中山被送進協和醫院。當醫生打開腹腔時，驚訝地發現“肝部堅硬如木，生有惡瘤”，立即取出活體標本進行化驗，結論是肝癌。
　　事已至此，醫生也毫無回天之力，在清除了肝部的淤膿之后，只能重新縫合。經過對吸出膿液的化驗分析，醫生認為，孫中山的病情至少已經有10年以上的歷史了。接下來的那些天，孫中山的病情不斷反復，醫院決定使用“雷錠”（即現在所說的“放療”）。根據當時醫生的經驗，使用放射治療以48小時為限，若再無效果，便毫無希望了。至2月17日，用藥已達40小時以上，卻沒有任何好轉，醫院院長劉瑞恒親自寫信給孔祥熙，請他轉告孫中山的家屬及國民黨人士:孫先生為肝癌最末時期，生存無希望。情急之下，隨行人員主張服用中藥試試效果。孫中山卻保持著鎮定，他認為，既然在醫院接受西醫診視，就應當服從醫生的治療，如果偷偷服用中藥，是“不以誠待人也”，若是一定要服中藥，則必須出院！
　　西藥服了無效，中藥又在這里服不得，惟一的辦法只有依從孫中山，先出院再說了。2月18日，孫中山乘特備汽車緩行至鐵獅子胡同的臨時行轅，在那里，度過了他一生的最后時刻。
　　
　　最后時刻
　　
　　住進行轅當天，一位著名中醫便上門視診。開了兩劑藥，服后不久，孫中山腫脹的雙腳居然消退了不少。始終被病痛折磨得寢食不安的孫中山，晚上竟安睡了整整8個小時，大家似乎看到了一絲光明。但是，從22日起，病情又開始惡化，人們急忙再請另兩位中醫視診。
　　2月24日，經國民黨內同志建議，決定請孫中山簽署遺囑。下午三時，孫科以及宋子文、孔祥熙、汪精衛等人齊聚病榻之側，聆聽孫中山的最后指示，并由汪精衛等人起草了遺囑。就在孫中山執筆行將簽字的時候，突然聽到宋慶齡在旁邊的房間里悄聲抽泣，他不禁一陣心酸。結婚十年來，宋慶齡始終與他生死相依、患難與共。在他病危之際，她日夜守護，在絕望之中還始終保有一絲幻想，希望他能奇跡般地康復。他不忍讓她傷心，猶豫片刻，終于還是放下了鋼筆。
　　25日，孫中山的身體愈見衰弱，“惟神志仍極清明”。第二天，狀況更加不好，開始出現嚴重的肝腹水。因此，終止服用中藥。眾人也是“病急亂投醫”，又開始注射一種據說是“日本醫學界新發明之藥劑”。注射了5次，居然真的有些效果：脈搏、呼吸較顯平穩。大家都感到很興奮。惟有陪同護理的德國醫生認為，病人腹水逐漸增多，只怕是已經到了最后時期。果然，其后陸續又注射了兩針，便已毫無效果。
　　3月11日早晨，何香凝前往孫中山的病房探視，發現他病勢兇險，瞳孔有所放大。她馬上與大家商議，必須立即讓孫中山在遺囑上簽字。她與宋子文一起向宋慶齡說明了情況。
　　在這最后的時刻，宋慶齡反而十分鎮定，帶領大家來到孫中山的病榻前。孫中山神志十分清醒，命人取來早已擬好的遺囑。由于身體十分虛弱，他的手抖得幾乎握不住鋼筆，宋慶齡輕輕托著他的手腕，在三份文件上簽下了他的名字“孫文”。
　　彌留之際，孫中山叮嚀兒子孫科和女婿戴恩賽，要善待宋慶齡。他還囑托何香凝，要“善視孫夫人，弗以其夫人無產而輕視”。何香凝垂淚說道：“我當盡我的力量來愛護孫夫人。”孫中山緊緊握住她的手，說：“廖仲愷夫人，我感謝你……”
　　3月11日晚，孫中山陷入深度昏迷之中，他還在喃喃自語：“和平……奮斗……救中國……”12日凌晨，痰急上涌，口不能言，家人及同志環立于病榻旁邊，懷著無比的悲痛與他告別。1925年3月12日上午9時30分，孫中山的心臟停止了跳動。
　　
　　告別英靈
　　
　　當天中午12時30分，覆蓋國民黨黨旗及中華民國國旗的孫中山遺體送抵協和醫院，經手術取出內臟化驗，孫中山肝癌屬實，還發現膽囊內有6塊結石，說明他已被病痛折磨許久了。
　　3月15日，孫中山的遺體經防腐處理，請宋慶齡及其他親屬探視。宋慶齡撫著孫中山的遺體放聲大哭，其他人也莫不下淚。上午10時，開始裝殮，孫中山的遺體身著大禮服、頭戴禮帽、足穿皮靴，被移入棺內。棺為橢圓形，上方有玻璃棺蓋，以便公眾吊唁時瞻仰。
　　本應是春暖花開的季節，但15日這天突降大雪，似乎上蒼也為偉人的去世而悲哀。3月19日上午，孫中山的遺體被送往中央公園社稷壇大殿（即今中山公園中山堂），沿途自發送葬的民眾多達12萬人，自協和醫院至中央公園沿途幾乎沒有空暇之地，以致交通為之阻塞。維持秩序的士兵均將槍托向上，槍口向下，以示哀悼。航空署還派出3架飛機，在沿途低空飛行。由于行速緩慢，短短兩三公里路程居然走了兩個多小時。盛放孫中山遺體的棺槨被安置在社稷壇大殿正中。上懸其遺像及“有志竟成”的橫匾，兩旁懸掛著“革命尚未成功，同志仍須努力”的對聯，棺上覆蓋著青天白日旗。
　　根據治喪處的日程安排，3月23日由在京的國民黨黨員公祭，24、25日為政府機關、各界代表及外賓公祭，26日各學校公祭。自27日開始，公園開放，任民眾公祭。本來每天開放的時間是自上午10時至下午4時，因為前往吊唁的人數太多，只得延長至晚6時止。
　　
　　暫厝西山
　　
　　孫中山生前曾經表示過，希望去世后能夠葬在南京。國民政府決定遵照他的遺愿，將南京紫金山選為墓地，孫中山剛剛逝世，便立即派員前往勘察。陵園建設不能馬上完成，治喪處決定將遺體暫厝北京西山碧云寺。
　　4月2日上午，孫中山的靈車在龐大的護靈隊伍陪侍下，經西長安街，西單牌樓，西四牌樓出西直門，赴西山而去。無數民眾走上街頭，含悲為孫中山送行，有兩萬多名民眾竟然跟隨靈車從市里一直步行到香山。
　　下午4時25分，車抵碧云寺。碧云寺始建于元代，是京西名剎。民國初年，寺內建筑多有傾頹，蔡元培等人曾籌資修葺。為了安放孫中山的靈柩，在公祭進行的同時，治喪處已安排人員進行了緊急整修，并在寺門內外豎起數座牌樓，在牌樓和各道寺門上，懸有大量的挽聯和橫額，其中釋凈和尚的挽句最為簡潔：“今世如來”。對于為濟世救民而鞠躬盡瘁的孫中山來說，這也許是最恰如其分的評價了。
　　5時30分，靈柩安放完畢，再次舉行公祭后，眾人退出。
　　孫中山逝世前曾希望自己能夠像列寧那樣保存遺體，供民眾瞻仰。他逝世后的第二天，國民黨便與蘇聯政府聯系定制“水晶棺”。3月30日，蘇聯政府贈送的特制棺槨運抵北京。但是，有關醫生認為，這種棺槨適用于干燥寒冷的北方，卻不適合中國南方潮濕炎熱的氣候，如果用它裝殮遺體，僅僅能夠保存20年左右。而由于先期處理技術不很理想，在孫中山逝世僅20多天后便發現遺體皮膚開始變黑。4月5日是清明節，有關人員將孫中山的遺體移出石龕，用楠木棺重新裝殮，放回石龕內安置。
　　以后的幾年里，戰事頻仍。情況最緊急的時候，護靈人員曾經轉移遺體，暫移至附近的山洞內停放，以避戰禍，待危機消除后，又重新運回。
　　經過長達3年的建設，位于南京紫金山的中山陵終告竣工。1929年5月，國民政府舉行了盛大的“總理奉安大典”，將孫中山遺體運往南京安葬。6月1日，在南京獅子山炮臺隆隆的禮炮聲中，墓室徐徐封閉。孫中山的喪事至此全部結束。
　　至于北京西郊的香山碧云寺，在1929年孫中山遺體南遷時，將他替換下來的衣物置于原先的棺槨中，并在當年5月25日封入曾經停靈的石塔內，立為“孫中山先生衣冠冢”，以供后人憑吊，寺內的大殿已改為“孫中山紀念堂”，當年蘇聯贈送的那具“水晶棺”（其上蓋實際是石英玻璃）也安放在這里