כך פנה אליו נשיא הקונגרס הד"ר ליאו מוצקין במכתב, שיבוא לפראג ליום אחד וישא שם את ההרצאה על עבודת החנוך והתרבות. ביאליק השיב לו במכתב חריף מלא טענות להסתדרות הציונית המתנכרת לכל פעולה תרבותית עברית בגולה ובארץ ואינה מפרישה לה מכספה. כן יצאו אליו אז שתי משלחות לגאסטיין אחת מטעם הברית העברית העולמית ואחת מטעם הועד לעזרת ציוני רוסיה (בן ציון כץ) - וניסה להשפיע עליו שיבוא לזמן קצר לפראג כדי לעזור להם בתכניותיהן. אבל הוא דחה גם אותם. בבאד גאסטיין כתב את השיר "שבעה" שבו חזר אל חווייות ילדותו ועיצב בעזוז ביטויו את דמות אביו. מבאד גאסטיין יצא למנוחה קצרה למיראן ומשם חזר בכ"ז תשרי תרצ"ד לארץ. יצא עם משפחתו לגור בפנסיון ברמת גן כדי לברוח מהטרדת האורחים המרובים בביתו בתל אביב שהשכיר אותו למשפחה אמידה מחוץ לארץ, ושכר הדירה שימש לו משען לפרנסה. כאן יכול היה "לגנוב לו קצת פנאי" ולהוסיף עוד שני פרקים על "היתמות" שלו את השירים "אלמנות" ו"פרידה". כאן כינס והוציא את קובץ האגדות שלו ויהי היום וההדיר את "השירים ופזמונות לילדים" שלו. כן עבר על סיום הכרך השלישי של "ספר האגדה".
בראשית אייר תרצ"ד נבדק בדיקה ציסטוקופית על ידי קונסוליום של רופאים - האורולוג ד''ר ביקלס (תלמידו של הפרופ. ליכטנשטרן בוינה ) ועוד שלושה רופאים מפורסמים - ונמצא בו שוב אבנים. הוא פנה מיד על ידי ידידו הד"ר רוטבלום בוינה בשאלה אל הפרופ' ליכטנשטרן "מה טוב יותר ברגע זה ? טחינה ושחיקה כמו שנעשה בי פעמים, או אולי יש צורך לעשות ניתוח ?, ואיזה ניתוח ?, והיכן לעשותו, אם בא''י או בחו"ל ?" לאחר שקרא הפרופ' ליכטנשטרן את חוות דעתו של הד"ר ביקלס, החליט כי על ביאליק לבוא בראשית הקיץ לווינה לשם ניתוח ראדיקאלי.
בששה ביוני 1934, יצא עם אשתו באניה איטלקית לטריאסט ובשנים עשר ביוני הגיע ברכבת לווינה וסר לדירתו של מ. דלפינר. הוא היה במצב רוח טוב, הרבה לדבר על תכניותיו הספרותיות לעתיד, על הוצאת "כתבי הרמב''ם", "ספר השבת", "ספר ישראל" ועוד.
ב-13 ביוני בערב ביקר עם ידידיו בבית האופירה והתענג על המחזה המוזיקאלי "בית שלוש הבחורות". ב-14 ביוני הובא למרפאת אויארברג ושם נבדק בכליות ובדם. ב-15 ביוני נעשתה בו שם הציסטוקופיה ע"י הפרופ' שניצלר (אחיו של הסופר ארתור שניצלר) האורולוג הפרופ' ליכטנשטרן ורופא המרפאה הד"ר ביזין, והם מצאו כי יש צורך בניתוח ראדיקאלי. הוא נבדק גם ע"י הפרופסור וונקיבאך, המומחה הידוע למחלות לב ומצא, שלבו של ביאליק הוא בסדר. ב-16 ביוני בבוקר, נעשה בו הניתוח המוקדם, שהוא קל בערך. בארבעת הימים שלפני הניתוח העיקרי, היה מרבה לקרוא בעתונים, עבד על עלי ההגהה למלונו של יהודה ל. גור (גרזובסקי) שנשלחו לו מ"דביר" ת"א והתרגז כמובן על טעויות הדפוס. כן הירבה לדבר עם מבקריו על תכניותיו לעתיד. ב-21 ביוני בבוקר, נלקח לחדר הניתוח של הסאנאטוריום ונפרד מידידו הד"ר רוטבלום במלים: "התפללו עלי". לאחר שעה הוחזר לחדרו כשהוא בנארקוזה עמוקה והרופא המנתח בישר כי הניתוח הצליח מאד. מצבו הלך וטוב מיום ליום והפצע נרפא במהירות. נאסרו הביקורים אצלו כדי שלא ירבה לדבר עמם. הוא הרבה לעיין בספר התנ"ך שנמצא תמיד על השלחן ליד מטתו, כן הרבה לקרוא בעתונים. באחד ביולי 1934 הוטב כל כך מצבו, עד שהגברת ביאליק שנמצאה אתו כל הימים בחדרו, יכלה לצאת לטיול מרגיע בסביבת וינה. ביום ד' בבוקר - ארבעה ביולי - כ"א בתמוז תרצ"ד הוצאו החוטים האחרונים מתוך הפצע והותר לו לרדת ממטתו ולמחרת היה צריך לעזוב את הסאנאטוריום ולצאת להחלמה לבאדגאסטיין. אם כי מבחינה אובייקטיבית היה אז מצבו טוב, הרי מבחינה סובייקטיבית הרגיש את עצמו מדוכא מאד ברוחו והביע לפני האחות (גוסטי קיזלינג) את חששו, שמא לא יקום ממחלה זו. הוא חש אז כאבים ברגל השמאלית - (ומי יודע אם לא היה זה מהאמבוליה שנדדה בעורקיו והתקרבה אל לבו). בשעות שלאחר הצהרים קרא בעתונים ובספר התנ"ך את פרשת בריאת העולם (כמה רגעים לפני מותו). בשבע פחות רבע בערב, קרא פתאום בקול : "הוי, לבי" ומסביב לעיניו נראו טבעות כחולות ונשימתו נעצרה. הובהלו מיד הרופאים, שהשתמשו בכל הפעולות האפשריות, - זרקו לו זריקות מלח וסוכר, הנשימו אותו חמצן - אבל ללוא הועיל, האמבוליה (תסחיף, חתיכת דם קרושה שנדדה בעורקים וסתמה את הלב) שמה קץ לחייו.
אז נתכנסו ליד מטתו כל חברי ועד הקהילה וחברי הרבנות בוינה והתיעצו בנוגע למקום קבורתו של הנפטר הגדול. על פי רצון האלמנה ודרישותיהם הטלגרפיות של ראשי הישוב (מ. דיזינגוף ראש עירית תלאביב, מנחם אוסישקין ועוד). הוחלט להעביר את הארון באניה הראשונה אשר תפליג מטריאסט לארץ ישראל. ועד ליום ההוא הוכנס הארון לאולם הטכסים של בית העלמין היהודי בוינה. נקרא פסל שעשה את מסכת המות - הגופה נחנטה ע''י מומחים ועל יד הארון עמד יומם ולילה משמר כבוד של סטודנטים ושל אנשי חברה קדישא שאמרו תהלים.
ביום א' שמיני ביולי 1934 התקיימה באולם הטכסים של בית העלמין הוינאי בנוכחות קהל אלפים תפלת האשכבה שנאמרה על ידי כל רבני וינה, אחר כך הועבר הארון בקרון רכבת מיוחד אל נמל-טריאסט ומשם הפליג הארון באנית "פאטריה" - שהקצתה באניה אגף מיוחד בשביל הארון. משלחת הישוב יצאה באניה לקפריסין לקראת אנית-הארון. בהגיע הארון לתל אביב הועמד ב"אהל שם" וקהל רבבות עבר על פניו. כששים אלף איש מכל קצות הארץ השתתף בלוויה והארון נטמן בבית הקברות הישן בשדרת הסופרים על יד קברו של אחד העם, ביום ד' אב תרצ"ד (16.7.1934).