1980年5月初，廖承志从美国治病回国途经香港，与徐复观晤谈两岸问题。廖承志代表中国政府向徐复观伸出友好的双手，邀请他回大陆看看，但徐复观考虑再三，由于种种不便而婉言谢绝。这时徐复观已经发现胃不舒服，精神疲惫，在饮食时时常发生哽噎。
8月他参加在台北中央研究院召开的国际汉学会议，会议期间体力感到不支，于是去台大医院检查，发现得了绝症胃癌。一些朋友劝他施用中药治疗，他认为治癌之药系以毒攻毒，凡草木等之有症候可取者，无不受到专家的注意。与其乱碰而死，不如相信科学而死得心安理得。8月22日徐复观做了胃切除大手术，他自知走到了人生的边上。
徐复观因患胃癌几度昏迷，于将死方生之际，犹梦见与毛泽东相遇于荒野，而且两人依旧咻咻激辩不已。徐复观在20世纪与国共两党的不少领袖人物都有接触，抗战时期得与毛泽东相识，毛泽东常邀其畅谈政治与学术，还曾向他推荐过刘少奇的名著《论共产党员的修养》，并介绍他与刘少奇晤谈。这段经历留给徐复观很深的印象，他自称70岁以前，梦中常常与毛泽东折冲樽俎，纵横捭阖，谈论天下事。
史书上有“依日月之末光”之说，也就是说依附和沾染名人之余泽的，大多会成就一番功名事业。徐复观在他自述体《末光碎影》的回忆中，在国共合作的抗战期间，他曾以少将军衔、军令部联络参谋的名义派驻延安，历时半年。
1943年，国民政府主席林森辞世，延安的*召开追悼大会，大会由吴玉章主持。徐复观说吴玉章并不报告林森的生平，而是粗言秽语，对蒋介石加以诋毁，他一时气起，要求登台发言，结果被“今天没有安排徐参谋发言的节目”为由加以拒绝。徐复观要退席，门卫不予放行，他后来又以绝食来抗议。
结果第二天周恩来写来长信道歉，叶剑英亲来招待所安慰。当时徐复观已看出国民党的弱点和败相，其症结是在*和农民问题上面，并认为*志在夺取全面政权，而且其势难挡。至于以后国民党偏安海岛后的所谓“光复大业”，他认为这亦是难以想象的黄粱美梦。
徐复观不认同国民党偏安后的“光复大业”，对“*”势力更是深恶痛绝。1972年写作《“*”是什么东西！》一文，对当时一些否认自己是中国人，而自称“否莫沙人”的“*分子”予以严厉的抨击。
1981年3月底，徐复观在美国休斯敦的小儿子徐帅军处住了两个多月，他一面在美国得克萨斯大学安德逊癌症中心接受诊治，一面躺在病床上坚持每天写作《中国经学史基础》。他拼了生命最后一点力量完成了这本书，但结果仍让他不是很满意，只能感叹自己是无法完成一部完整的经学史了。
徐复观觉得已经活到这么大年纪了，死去已经无所留恋，只可惜他想写《汉代经学史》，这是一个冷题目，他不写没有人会做，现在竟没有动笔的机会了。老友胡秋原建议他口述大纲，由学生代为整理内容，但手术后他的身体日渐衰弱，已经无法把话说清楚。他常想忘了年纪和病痛，在中国文学批评史中选择若干关键问题，写出十余篇左右深入而具有纲维性的文章，以完成这方面的心愿，然而这一切都已成为梦想。
徐复观临终之前，自觉壮心未酬，时不我待，在台大医院病室口述他最后的遗作《中国思想史论集续编自序》时，不无遗憾地说道：“‘程朱异同’一文，以‘为己之学’贯通孔孟程朱陆王学派，老庄对知识与人生的态度与儒学异，但其学问方向亦与此相通，此乃余最后体悟所到，惜得之太迟，出之太骤，今病恐不起，亦未能继续阐述为恨。”一个“太迟”，一个“太骤”，蕴涵着这一代学者的几多心血，几多遗恨！
徐复观在近50岁时由一个赳赳武夫渐成文化人，一直保持勃发的学术生机，显示的不纯粹是自然生命，而更是一种文化生命、一种精神生命，他背后有一个强大的精神支柱，这就是孔子为代表的渗透到他的血脉骨髓里的中国文化。孔子作为儒家文化的创始者，是民族几千年传承不息的文化根基，自春秋开始的祭孔是国之大典，到曲阜去祭孔成了徐复观在弥留之际最大的期望。
1982年1月他在致信大陆友人说：“弟返祖国旅行事，现在考虑胃癌治愈后，须少食多餐，如何安排途中饮食。今秋冬间，拟可与兄在曲阜握手。”但死神终究没能让他成行，所以他在遗嘱中沉痛地说：“余自45岁以后，乃渐悟孔孟思想为中华文化命脉所寄，今以未能赴曲阜谒孔陵为大恨也。死后立即火化，决不开吊。”
