1980年5月初，廖承志從美國治病回國途經香港，與徐復觀晤談兩岸問題。廖承志代表中國政府向徐復觀伸出友好的雙手，邀請他回大陸看看，但徐復觀考慮再三，由於種種不便而婉言謝絕。這時徐復觀已經發現胃不舒服，精神疲憊，在飲食時時常發生哽噎。
8月他參加在臺北中央研究院召開的國際漢學會議，會議期間體力感到不支，於是去臺大醫院檢查，發現得了絕症胃癌。一些朋友勸他施用中藥治療，他認為治癌之藥係以毒攻毒，凡草木等之有症候可取者，無不受到專家的注意。與其亂碰而死，不如相信科學而死得心安理得。8月22日徐復觀做了胃切除大手術，他自知走到了人生的邊上。
徐復觀因患胃癌幾度昏迷，于將死方生之際，猶夢見與毛澤東相遇于荒野，而且兩人依舊咻咻激辯不已。徐復觀在20世紀與國共兩黨的不少領袖人物都有接觸，抗戰時期得與毛澤東相識，毛澤東常邀其暢談政治與學術，還曾向他推薦過劉少奇的名著《論共産黨員的修養》，並介紹他與劉少奇晤談。這段經歷留給徐復觀很深的印象，他自稱70歲以前，夢中常常與毛澤東折衝樽俎，縱橫捭闔，談論天下事。
史書上有“依日月之末光”之説，也就是説依附和沾染名人之餘澤的，大多會成就一番功名事業。徐復觀在他自述體《末光碎影》的回憶中，在國共合作的抗戰期間，他曾以少將軍銜、軍令部聯絡參謀的名義派駐延安，歷時半年。
1943年，國民政府主席林森辭世，延安的*召開追悼大會，大會由吳玉章主持。徐復觀説吳玉章並不報告林森的生平，而是粗言穢語，對蔣介石加以詆毀，他一時氣起，要求登臺發言，結果被“今天沒有安排徐參謀發言的節目”為由加以拒絕。徐復觀要退席，門衛不予放行，他後來又以絕食來抗議。
結果第二天周恩來寫來長信道歉，葉劍英親來招待所安慰。當時徐復觀已看出國民黨的弱點和敗相，其癥結是在*和農民問題上面，並認為*志在奪取全面政權，而且其勢難擋。至於以後國民黨偏安海島後的所謂“光復大業”，他認為這亦是難以想像的黃粱美夢。
徐復觀不認同國民黨偏安後的“光復大業”，對“*”勢力更是深惡痛絕。1972年寫作《“*”是什麼東西！》一文，對當時一些否認自己是中國人，而自稱“否莫沙人”的“*分子”予以嚴厲的抨擊。
1981年3月底，徐復觀在美國休斯敦的小兒子徐帥軍處住了兩個多月，他一面在美國得克薩斯大學安德遜癌症中心接受診治，一面躺在病床上堅持每天寫作《中國經學史基礎》。他拼了生命最後一點力量完成了這本書，但結果仍讓他不是很滿意，只能感嘆自己是無法完成一部完整的經學史了。
徐復觀覺得已經活到這麼大年紀了，死去已經無所留戀，只可惜他想寫《漢代經學史》，這是一個冷題目，他不寫沒有人會做，現在竟沒有動筆的機會了。老友胡秋原建議他口述大綱，由學生代為整理內容，但手術後他的身體日漸衰弱，已經無法把話説清楚。他常想忘了年紀和病痛，在中國文學批評史中選擇若干關鍵問題，寫出十余篇左右深入而具有綱維性的文章，以完成這方面的心願，然而這一切都已成為夢想。
徐復觀臨終之前，自覺壯心未酬，時不我待，在臺大醫院病室口述他最後的遺作《中國思想史論集續編自序》時，不無遺憾地説道：“‘程朱異同’一文，以‘為己之學’貫通孔孟程朱陸王學派，老莊對知識與人生的態度與儒學異，但其學問方向亦與此相通，此乃余最後體悟所到，惜得之太遲，出之太驟，今病恐不起，亦未能繼續闡述為恨。”一個“太遲”，一個“太驟”，蘊涵著這一代學者的幾多心血，幾多遺恨！
徐復觀在近50歲時由一個赳赳武夫漸成文化人，一直保持勃發的學術生機，顯示的不純粹是自然生命，而更是一種文化生命、一種精神生命，他背後有一個強大的精神支柱，這就是孔子為代表的滲透到他的血脈骨髓裏的中國文化。孔子作為儒家文化的創始者，是民族幾千年傳承不息的文化根基，自春秋開始的祭孔是國之大典，到曲阜去祭孔成了徐復觀在彌留之際最大的期望。
1982年1月他在致信大陸友人説：“弟返祖國旅行事，現在考慮胃癌治愈後，須少食多餐，如何安排途中飲食。今秋冬間，擬可與兄在曲阜握手。”但死神終究沒能讓他成行，所以他在遺囑中沉痛地説：“余自45歲以後，乃漸悟孔孟思想為中華文化命脈所寄，今以未能赴曲阜謁孔陵為大恨也。死後立即火化，決不開吊。”
