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人们没有想到的是，早已藏在他体内的病魔正在发作。他早就有胃疼的病，会议期间胃疼得突然厉害了，有时疼得豆大的汗珠往下流。玉门医院的大夫给他开设了专门病房，还从酒泉、兰州请来大夫。经过会诊，怀疑是胃里有肿瘤，但不敢确诊。
王进喜很快被送回北京，住进了解放军301医院。经多方会诊，最后诊断为贲门癌。
1970年10月1日，中共中央在北京天安门广场举行国庆21周年庆祝活动，王进喜以中央委员的身份登上了天安门城楼。一个半月之后，11月15日，铁人王进喜的心脏停止了跳动。
王进喜有句名言：“宁可少活20年，拼命也要拿下大油田”。他47岁英年早逝，真的比普通人少活了20多年！
11月18日下午，在北京八宝山革命烈士公墓举行了“向王进喜同志告别仪式”。几天以后，周恩来在计委地质局“抓革命促生产会议”上讲话时又一次讲到了铁人王进喜。他说：“说到大庆，我们大家想一想王进喜同志。他的精神值得学习，是全国的一面旗帜，是值得纪念的一个同志！”
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