1936年，32歲，寫詩《深笑》《別丟掉》《記憶》《題剔空菩提葉》《旅途中》《黃昏過泰山》《晝夢》《八月的憂愁》《靜坐》等，散文《蛛絲和梅花》、短篇小說《文珍》等，形成又一個創作高峰期。5月28日，與梁思成等人赴河南洛陽龍門石窟、開封及山東曆城、章丘、泰安、濟寧等地作古建築考察。
1937年，33歲，是年5月，朱光潛主編的《文學雜誌》創刊，林徽因為創刊設計封麵並任編委。寫詩《紅葉裏的信念》《時間》《古城春景》《去春》等，創作短篇小說《繡繡》、劇本《梅真同他們》。7月，與梁思成赴五台山考察古建築，因抗戰爆發返回北平。9月25日，林徽因一家從天津塘沽乘船南下避難，10月中旬抵長沙。11月下旬，離開長沙往昆明。
1938年，34歲，1月中旬，全家經過三十九天長途跋涉抵昆明，暫居巡津街前市長寓所，年末移居巡津街9號。
1939年，35歲，是年秋，林徽因一家隨營造學社遷往昆明郊區龍泉鎮麥地村。梁思成等人於是年秋赴四川、西康四十縣做古建築考察。
1940年，36歲，是年2月，梁思成、劉敦楨等考察歸來。5月，遷龍泉鎮龍頭村自行設計籌建的新住房。11月末，一家人離開昆明，遷往四川南溪縣李莊鎮上壩村。年末，林徽因肺結核病複發，從此臥床不起。
1941年，37歲，是年3月，林徽因三弟林恒在成都上空與日機作戰時犧牲。7月，金嶽霖從昆明來李莊度假。
1942年，38歲，是年春，梁思成開始撰寫《中國建築史》，林徽因帶病協助搜集資料，並撰寫了第七章宋、遼、金部分。11月中旬，費正清由重慶赴李莊看望梁思成與林徽因。
1944年，40歲，作長詩《哭三弟恒》。
1945年，41歲，是年8月15日，日本宣布無條件投降，費慰梅由重慶至李莊看望林徽因。11月，在梁思成陪同下到重慶檢查身體，住中央所設在重慶的招待所。
1946年，42歲，是年2月，乘飛機赴昆明養病，與張奚若、錢端升、金嶽霖等老友重聚。7月，從昆明返回重慶，與梁思成在重慶會合。7月31日，乘機從重慶返回北平。8月，一家人住進清華大學宿舍新林院8號。梁思成任清華大學建築係主任，並應邀赴美講學，林徽因親自參與建築係的組建及教學事務。
1947年，43歲，是年3月，費慰梅返國，赴北平看望林徽因。夏，林徽因病情惡化，梁思成接電報提前回國。12月下旬，林徽因在中央醫院做腎切除手術。
1948年，44歲，發表詩《空虛的薄暮》《昆明即景》《年輕的歌》等。是年12月，人民解放軍進駐清華園，解放軍代表在張奚若陪同下前往林徽因家，請求在北平地圖上標明古建築位置，以免攻城時有效保護。
1949年，45歲，是年3月，送女兒梁再冰參加“南下工作團”。是年，林徽因被聘為清華大學的客座教授。
1950年，46歲，6月，參與國徽圖案設計。6月23日，作為特邀代表，參加全國政協一屆二次會議，大會通過以梁思成為首的清華大學設計組的國徽圖案。同月，受北京特藝公司委托，考察拯救瀕臨滅絕的景泰藍工藝。是年，被任命為北京都市計劃委員會委員兼工程師。
1951年，47歲，2月，帶病到故宮午門城樓參觀常書鴻敦煌藝術展。是年，林徽因被任命為首都人民英雄紀念碑建築委員會委員，並設計須彌座紋飾浮雕。
1952年，48歲，1月1日起，為《新觀察》雜誌撰寫專欄文章，總題為《我們的首都》。是年，與梁思成參加中南海懷仁堂內裝修設計。
1953年，49歲，8月20日，林徽因、梁思成參加首都文物建築保護問題座談會，林徽因在會上作發言。9月23日，出席全國文聯二次代表會議。10月，參加中國建築學會第一次代表大會，並當選為理事會理事，兼《建築學報》編委。
1954年，50歲，是年秋，林徽因病情惡化，移入北京城內養病，年末入同仁醫院。是年，當選為北京市人民代表大會代表。
1955年，51歲，1月，梁思成因肺部感染住進同仁醫院。3月31日，林徽因進入彌留之際，梁思成及子女與之訣別。4月1日晨6時20分，林徽因逝世，終年51歲。4月2日，《北京日報》刊登林徽因逝世訃告。4月3日，林徽因追悼會在北京東城金魚胡同賢良寺舉行，會後靈柩安葬於八寶山革命公墓。