徐悲鸿最后留给人民的作品是一幅雄骏、矫健、轻疾、神逸，看起来有“瘦骨铜声”之感的奔马。画面上题有“百载沉疴终日起，首之瞻处即光明”的诗句。这既是画家个性精神的写照，也寄托着画家对伟大祖国获得解放的喜悦之情。他准备在12月26日毛主席六十诞辰时，用这张画连同一副对联一同敬献给毛泽东主席。但是，在9月26日晚，徐悲鸿参加第二次文化会，欢宴波兰代表团的晚会上，突然脑溢血复发，经抢救无效，病魔无情地夺去了他的宝贵生命。

生前，徐悲鸿曾和爱人说过：“有些朋友曾劝我参加民盟；我要加入共产党，可我还不够条件，对党的事业没有做出什么贡献……”。他以有限的余年为争取参加中国共产党作准备，这对一个从旧社会过来的受了多年资产阶级教育的老画家来说，的确是难能可贵的。

徐悲鸿逝世当天下午，周总理到北京医院向徐悲鸿的遗作告别。周总理怀着沉痛的心情，久久地注视着徐悲鸿遗体，极其沉重地说：“徐悲鸿的死，是一个永远无法补偿的巨大损失！”

当天，徐夫人廖静文根据徐悲鸿的遗愿，把他留下的大量遗作和那些举世无双的珍贵收藏，全部捐给国家。她说：“悲鸿和他的事业，是属于国家，属于人民的，这些宝贵的珍品凝聚了他对国家和人民深沉的爱。我应当这样作。”

12月11日，中国美术家协会和中央美术学院全体师生，以及首都文艺界500余人，在中央美院举行了徐悲鸿追悼会。全国文联主席、中宣部副部长周扬在会上讲话：“徐先生是中国人民的杰出画家，卓越的艺术教育家，是艺术教育界的榜样。应当学习他在艺术创作上的现实主义精神，学习他勤练、笃学的艺术劳动态度，学习他培养青年的热情，并将他的遗作作为艺术遗产加以研究。”接着，中国美协和中央美院在北京联合举办了“徐悲鸿遗作展览会”，从他个人遗存的800余件的作品中远出226件参展。在中山公园中山堂展出时，周总理在百忙中抽时间前去参观，在每幅画前都认真地观看，仔细阅读画上题写的每行字，看后说：“要好好保护这些画，成立纪念馆很好”。后来，周总理在多次讲话中指出：“徐悲鸿的画是和政治相连的。”“在画家中徐悲鸿是政治上过得硬、站得出来的。”“徐悲鸿先生热爱党、热爱毛主席、热心美术教育事业，重视培养人才和专业训练。”1957年，周总理在北京中国画院成立大会讲话中，以徐悲鸿为例，说明继承民族优秀传统和吸收西洋科学技术的关系。指出徐先生的作品，能够融合中西，徐先生是他生活年代的一位大师。

1955年，“画家徐悲鸿纪念馆”成立后，周总理为纪念馆题写了“悲鸿故居”。文化大革命期间毛主席给外国朋友送贺年片时指定选印徐悲鸿画的马，并称赞他的作品。1973年7月毛主席批示要派人察明恢复受损的徐悲鸿纪念馆。1978年5月，邮电部决定发行选自徐悲鸿作品的特种邮票《奔马》一套，共十一枚。