1924年11月13日，孫中山在夫人宋慶齡等陪同下離開廣州，之後經上海至日本神户訪問。次月4日，一行人抵達天津。在津期間，孫先生因風寒而肝病復發，在療養二十餘日後，仍堅持於12月底前往北京。
1924年的中國並不太平。這一年的9月，南方爆發江浙戰爭；10月，北方爆發第二次直奉戰爭，中華大地兵火連城，軍閥間打得不亦樂乎。正當直系大將吳佩孚與奉系張作霖在山海關激戰之時，北京城內卻突發異動，原屬直系陣營的馮玉祥一夜間倒戈相向，直系領袖、“賄選總統”曹錕被軟禁，這就是民國史上的“北京政變”。
馮玉祥政變成功後，隨即電邀孫先生北上共商國是，後者接電後欣然同意，決定隨即北上，以促進國家和平統一。正當孫先生整裝待發時，北京政局再度發生變化，在第二次直奉戰爭中取勝的奉系軍閥張作霖兵臨京津城下，馮玉祥的勢力為之一弱。經過一番實力與權謀的鬥爭後，張、馮等人達成妥協，原皖系軍閥首領段祺瑞被推任為臨時執政。
段祺瑞上台後，其接過馮玉祥的口號並邀請全國各界名流、軍政要人來北京召開“善後會議”，以規劃未來中國的制度構架和發展走向。作為補償，段祺瑞、張作霖、馮玉祥向孫中山先生髮出聯名邀請，請他迅速北上，商談國是。孫先生接到電報後，認為這是民國成立後一次極難得的機會，有望實行國家和平統一，於是立刻覆電，表示將在數日後立即北上。
1924年12月31日，在天津停留了二十餘天后，孫中山扶病前行。入京後，孫先生髮表宣言，稱自己“此次來京，曾有宣言，非爭地位權利，乃為救國。”讓人覺得有些遺憾的是，因為病體不支，孫先生在北京飯店作了一個簡短的講話後，即再未公開露面。就在抵京當晚，協和醫院的德國醫生克禮、狄博爾很快來到北京飯店，其與從天津過來的德國大夫施密特會同診斷後一致認為，孫先生所患的恐怕是“最烈肝病”，情況不容樂觀。
1月26日下午，由協和醫院外科主任邰樂爾為孫中山主刀，施行手術割治。在將孫先生的腹壁切開後，眼前的情況讓所有人大吃一驚：整個肝臟表面佈滿大大小小的黃白色結節，而且整個腹腔內臟器粘連在一起，根本無法手術。在此情況下，邰大夫從肝上取出小塊組織做活檢標本並將肝部的膿吸出後即將傷口縫合，整個手術進行了25分鐘。事後，德、美、俄三國醫生對其肝組織活檢標本進行了化驗，最終結論是：孫中山患的是肝癌，而且已處晚期。手術後最初幾天，孫先生反應良好，但在短暫的穩定後，病情再度急轉直下。2月16日，院方在徵得同意後啟用鐳錠進行放射治療，以阻止癌細胞蔓延，這是當時所能採取的最後辦法了。鐳療射近45小時後，病狀仍未見任何好轉，院方至此也是無能為力。
在此情況下，張靜江等人極力主張請中醫治療，但湯爾和等西醫堅決反對中醫療法，其所在的協和醫院也態度強硬的表示，如要服用中藥，就必須搬出醫院，即便顯貴如孫中山者，也不能例外。2月18日，孫中山因病情加重而搬出協和醫院移居鐵獅子衚衕行轅，改由中醫治療。著名中醫陸仲安等曾共同診視一週並開出方劑，孫在服藥兩劑後情況有所好轉，但數日後，孫又停止服用中藥而繼續用西醫之法利尿、止瀉等對症處理。延至3月12日凌晨，孫中山突然頻繁輾轉，氣息越來越微弱。9時30分，孫中山停止了呼吸，終年59歲。
孫先生病逝後，遺體被運回協和醫院做防腐處理並進行胸腹腔解剖。待新的檢驗報告出來後，醫生們得出與此前不同的診斷結果，即認為孫先生的病是癌細胞侵入肝體後阻塞膽管，並向肺、腹膜及腸廣泛性轉移所形成，其關鍵的病變部位在膽囊和膽管，即膽囊腺癌，但此刻為時已晚了。
孫中山逝世一週後，宋慶齡、孫科在北京協和醫院禮堂按基督教儀式舉行了一次家庭葬禮，葬禮由燕京大學神學院院長劉廷芳牧師主持，廣州政府司法部長徐謙和孔祥熙先後致悼詞。葬禮之後，孫中山靈柩被移往中央公園社稷壇大殿。3月24日起，社稷壇開始舉行公祭並接受各界人士的弔唁。據記載，孫先生的靈柩安放在靈堂內一座50釐米高的櫬台上，靈柩前上方懸掛遺像及“有志竟成”橫匾，兩邊是孫先生的遺言對聯：“革命尚未成功，同志仍須努力”，棺上蓋以青天白日旗，宋慶齡身着黑素服率親屬守靈。事後，治喪辦事處通電國民黨黨員左臂纏黑紗，停止宴會及娛樂七日；廣州軍政府則通令所屬各官署：軍營、軍艦下半旗一月、文武官吏停止宴會一月，民間輟樂七日；文官左臂纏黑紗一月，武官及兵士於左臂及刀柄上纏黑紗一月，以誌哀悼。此後一週內，包括本國政要、各界名流及各國大使約10萬餘人前來弔唁，盛況空前。
社稷壇舉行公祭時，豫軍總司令樊鍾秀特別緻送了一個闊丈餘，高五尺的巨型素花橫額，當中大書“國父”二字，這也是孫中山在公開場合被尊稱為“國父”的最開始（中國國民黨中央常務委員會在1940年的第十四3次會議中決議，正式尊稱總理孫中山為“國父”，之前一般稱“總理”）。
由於孫中山病逝時陵墓還未動工，各方決定於中央公園公祭後將靈柩暫厝於西山碧雲寺內。4月2日上午，靈柩用汽車運送，下午4時到達碧雲寺，靈柩安放在殿後的金剛寶座塔石龕內，龕內懸有長聯：“功高華盛頓，識邁馬克斯（思），行易知難，並有名言傳海內；骨埋紫金山，靈棲碧雲寺，地維天柱，永留浩氣在人間！”為防止有人破壞，治喪處特委派馬湘、黃雅覺率衞士李榮等7人常駐碧雲寺護靈。
1928年5月18日，蔣介石率各集團軍總司令、各路總指揮在西山碧雲寺舉行祭靈大典。祭文中，蔣介石標榜自己是“親承提命之殷殷，寄以非常之任”，以明示馮、閻等各路軍閥他才是受命於孫總理的當然繼承人。讀罷祭文，開棺蓋瞻仰孫之遺容時，蔣介石當場撫棺痛哭，馮玉祥上前相勸，他哭得更甚。這時，身後有人不滿其表演而喊道：“他是嫡系，我們都不是嫡系。讓他一個人哭吧，我們走了。”蔣介石聽後，這才停止痛哭，蓋棺結束祭奠。
早在民國成立之初，孫中山至紫金山一帶打獵時曾説，“百年之後，願向國民乞此一掊土，以安軀殼爾……”按此，國民黨方面經實地勘察後決定在此建陵，共圈撥墓地、墓道及紀念建築應用之地2000餘畝。4年後，中山陵竣工，陵園面積擴大至5萬畝，耗銀400餘萬兩。此時正值北伐勝利，為表示對孫中山的尊崇並增加自己的合法性與權威性，自命為中山傳人的蔣介石決定為孫先生舉行盛大的奉安移靈大典。
1929年5月22日，在碧雲寺舉行遺體改殮儀式後，國民黨方面又在天安門前舉行奉安迎櫬紀念大會，碧雲寺內則另闢“孫中山紀念堂”及“孫中山先生衣冠冢”，以示紀念。自5月 26日起，南京政府明令於全國一律下半旗7天，國民於7天內臂纏黑紗，停止一切娛樂及喜慶典禮。26日上午，移靈儀式開始，放禮炮101響，靈櫬加蓋上覆國旗，用槓夫24人，繼以32人，出碧雲寺後，用槓夫64人。10時，靈櫬進北平西直門，各界送殯代表及陸海空軍、警察馬步各隊，各行列軍樂隊，已依原定行列次序在西四牌樓以北次第集合恭候，送殯行列共組12隊。下午5時，在101禮炮聲中，移靈專車離開前門火車站開往南京，沿途經天津、濟南、泰安、徐州等站，各地方官員及民眾舉行隆重的路祭。
28日上午4時，靈車抵達蚌埠車站，國民政府主席蔣介石等人從南京來迎。是日上午10時，靈車抵達浦口車站，中央執監委員、國府委員、特任以上官吏在站迎候，一律着藍袍黑褂白帽黑履黑襪，哀樂齊奏，獅子山炮台鳴禮炮101響，靈櫬隨後被轉上“威勝”號軍艦渡江。12時，艦抵中山碼頭，江上各艦下半旗鳴禮炮，移靈總幹事孔祥熙率槓夫32名將靈櫬奉移上陸。下午3時，靈車至中央黨部禮堂，由槓夫32名奉移靈櫬下車，舉行停靈禮。是日下午 4時起至6月1日上午4時，由中央委員、各特任官蔣中正及以下66人每晚輪流守靈，三人一班，每班四小時。
6月1日上午，靈櫬運至紫金山麓，用槓夫108名。10時1刻，在蔣介石的主持下，奉安典禮行禮如儀，恭扶靈櫬奉安壙內，鳴炮101響，全體國民一律停止工作默哀3分鐘。禮成後，孔祥熙率槓夫敬奉靈棕移進墓門，再鳴炮101響。至12時正，奉安畢奉安儀式結束後，宋慶齡率孫科夫婦等將墓門嚴扃。由是，經營數載、備極隆重的奉安大典遂告完成。
