林徽因早年患有肺疾，抗战期间颠沛流离，病情不断加剧，最终恶化为肺结核，这在当年属于不治之症。她病体支离，却还要陪着梁思成翻山越岭到处寻访古建筑。两个人到处寻访那些古桥、古堡、古寺、古楼、古塔，透过岁月的积尘，勘定其年月，揣摩其结构，计算其尺寸，然后绘图、照相、归档，他们的足迹错错落落地刻印在了中华大地诸多的历史和地理场所。 战乱岁月人命惟浅，而且建筑学的研究并不是应急之务，然而他们跋山涉水，念兹在兹，乐此不疲。美国学者费正清教授曾这样评价说：“倘若是美国人，我相信他们早已丢开书本，把精力放在改善生活境遇去了。然而这些受过高等教育的中国人却能完全安于过这种农民的原始生活，坚持从事他们的工作。”
1937年，日本侵华战争全面爆发了。梁氏夫妇先避难到了长沙，接着辗转又来到了西南的昆明、重庆。因为物价昂贵，物资匮乏，有时他们要靠朋友们的资助才能维持日常的家庭开支。林徽因“在菜籽油灯的微光下，缝着孩子的布鞋，买便宜的粗食回家煮，过着我们父执辈少年时期的粗简生活”。最难得的是，他们在战火纷飞的年月还保持着一种“倔强的幽默感”，以戏谑的眼光来看待杂沓纷乱的这一切。
在一封1941年写给慰梅的信中，林徽因是这么写的：“思成是个慢性子，一次只愿意做一件事，最不善处理杂七杂八的家务。但杂七杂八的事却像纽约中央车站任何时候都会抵达的各线火车一样冲他驶来。我也许仍是站长，但他却是车站!我也许会被碾死，他却永远不会。”在一封1940年11月写给费正清夫妇的信中，她谈到了哲学教授金岳霖的战时生活，令人在叹息中忍不住莞尔一笑：
可怜的老金每天早晨在城里有课，常常要在早上五点半从这个村子出发，而没来得及上课空袭又开始了，然后就得跟着一群人奔向另一个方向的另一座城门、另一座小山，直到下午五点半，再绕许多路走回这个村子，一整天没吃、没喝、没工作、没休息，什么都没有!这就是生活。长达八年的颠沛流离，她的健康被严重地损坏了，她经常发烧卧床不起，成了一个苍老憔悴、不停咳喘的重病人。限于战争时期的医疗条件，梁思成学会了注射，每天亲自为妻子打针服药。
还有一封写给费慰梅的信也令人感叹，写的是向昆明逃难的经过：“我们在令人绝望的情况下又重新上路。每天凌晨一点，摸黑抢着把我们少得可怜的行李和我们自己塞进长途车，这是没有窗子、没有点火器、样样都没有的玩意儿，喘着粗气、摇摇晃晃、连一段平路都爬不动，更不用说又陡又险的山路了……”一路上她又发冷又发热，车子还在被称之为“七十二盘”顶上突然抛锚，全家只好几乎冻僵的摸黑走山路——在这其惨无比的境遇里，她的心情却能峰回路转：
间或面对壮丽的风景，使人比任何时候都更加心疼。玉带般的山涧，秋山的红叶和发白的茅草，飘动着的白云，古老的铁索桥，渡船，以及地道的中国小城，这些我真想仔细地一桩桩地告诉你，可能的话，还要注上我自己情绪上的特殊反应……
凭这两封信，就可以让我们体会林徽因的性情一二。在混乱的年代里，任谁都无法更改她的积极与乐观，像她自己所说：“我认定了生活本身是矛盾的，我只要生活，体验到极端的愉快，灵质的、透明的、美丽的、近于神话理想的快活。” 1950年，林徽因受聘为清华大学一级教授，被任命为北京市都市计划委员会委员兼工程师，梁思成是这个委员会的副主任。夫妇二人对未来首都北京的建设充满了美好的憧憬。他们曾着力研究过北京周围的古代建筑，并合著《平郊建筑杂录》一书，其中有一段精彩的表述：“北平郊近二三百年间建筑物极多，偶尔郊游，触目都是饶有趣味的古建……无论哪一个巍巍的古城楼，或一角倾颓的殿基的灵魂里，无形中都在诉说或歌唱时间上漫不可信的变迁。”这不像是理论研究书籍中的文字，简直是为北京地区的古代建筑唱的一首情真意切的赞美诗。在他们眼中，那些饱经沧桑的亭台楼阁、寺庙塔院也有其灵魂，它们在为昔日的繁华吟咏着缠绵悱恻的挽歌，而且是神秘的历史最可信赖的证物。
他们想把北京城这“都市计划的无比杰作”，作为当时全世界仅存的完整古城保存下来，成为一个“活着的博物馆”留给后人。然而，他们一生志业所系的古建筑研究与保护工作，尤其是北京城前景的规划，注定要在此时遭到最严重的挫败。
从1953年5月开始，对古建筑的大规模拆除开始在北京这个城市蔓延。时任北京市副市长的吴晗担起了解释拆除工作的任务。为了挽救四朝古都仅存的一些完整牌楼街不致毁于一旦，梁思成与吴晗发生了激烈的争论。由于情绪过于激动，梁思成被气得当场失声痛哭。《城记》里有这样的记载：“毛泽东对上述争论定了这样的调子：‘北京拆牌楼，城门打洞也哭鼻子。这是政治问题。’”
但更令他难过的还在后面。当时的北京还有四十六公里长的明清城墙完整而巍然地环抱着，林徽因称之为“世界的项链”。1935年，她在自己的小诗《城楼上》还曾写道：“你爱这里城墙/古墓，长歌/蔓草里开野花朵。”她有一个绝妙的构想，让城墙承担北京城的区间隔离物，同时变外城城墙和城门楼为人民公园，顶部平均宽度约十米以上的城墙可砌花池，栽种花木;双层的门楼和角楼可辟为陈列馆、阅览室、茶点铺，供市民休息娱乐、游戏纳凉。
林徽因为自己的设计画出了草图，幻想着全世界独一无二的“空中花园”，幻想着一场视觉的盛宴。然而，城墙公园计划注定只能是一个纸上风光了。北京市的规划不仅仅拆毁了物质性的城墙、城楼这些“土石作成的史书”，也葬送了林徽因的杰作。“五百年古城墙，包括那被多少诗人画家看作北京象征的角楼和城门，全被判了极刑。母亲几乎急疯了。她到处大声疾呼，苦苦哀求，甚至到了声泪俱下的程度。……然而，据理的争辩也罢，激烈的抗议也罢，苦苦的哀求也罢，统统无济于事。所有保护北京的建筑、历史和文化遗产的努力，因为与新时代的城市规划大相抵牾，一条完整的明清城墙转瞬之间即化整为零，大部分城砖被用作修房子、铺道路、砌厕所、建防空洞。这对于林徽因来说无疑是一场噩梦。一次出席文化部酒宴，正好碰上也是清华出身的北京市副市长吴晗，她竟在大庭广众下谴责他保城墙不力。她痛心疾首地预言：等你们有朝一日认识到文物的价值，却只能悔之晚矣，造假古董罢。历史验证了她沉痛的预言。四十年后，大约是1996年的岁末，北京市开始修缮一小部分破损的明清城墙，整个北京城都掀起了一场捐献旧城砖的活动。当然这个景观林徽因没有看到，恐怕也是她不想看到的。古都北京终于在林徽因的美丽梦想中沉沦了。五百年来从改朝换代的兵灾中得以完整幸存的北京古城墙，却在和平建设中被当作封建余孽彻底铲除了。她在病榻上眼睁睁地看着，却无能为力。1955年，林徽因住进了医院。为避免刺激，众人封锁了批判梁思成的种种消息，但她从细微处都察觉出来了。忧愤交加，拒绝吃药，终于在那个冬天，林徽因离开了梁思成，也离开这个世界。史景迁说，她是“在寒风凛冽的北京，在最后一堵庞大的古城墙颓然倒塌之时”死去的。林徽因的遗体安葬在八宝山革命烈士公墓，整座墓体是由梁思成亲手设计，墓身没有一字遗文。
