Спустя несколько дней, 31 марта, Николаю Фёдоровичу была сделана операция по удалению нагноений в области раны. Именно из-за этого у него случались частые приступы. Сразу после операции Ватутину стало лучше. У него появился аппетит, он, вспоминал Хрущев, «охотно выпил вина и даже попросил водки».
Но, к сожалению, этот период улучшения продолжался всего лишь несколько дней. Несмотря на энергичное лечение, общее состояние Николая Федоровича вновь стало ухудшаться. Температура не падала, пульс достигал от 120 до 140 ударов в минуту. Результаты анализов свидетельствовали об общем инфицировании организма. В отчете «Развитие заболевания у раненого тов. Николаева [Ватутина]» врачи констатировали: имеет место «тяжёлое поражение организма, с септическим процессом раневого происхождения, приведшее к значительному угнетению и без того ослабленных функций организма». К лечению была подключена новая группа специалистов, в том числе доктор медицинских наук, бактериолог Покровский, выдающийся патофизиолог и гематолог академик А. А. Богомолец, профессор С. С. Юдин. Во время консилиума мнения именитых врачей разделились. Одни считали, что Ватутину необходимо срочно делать ампутацию ноги. Только эта операция станет для него возможным спасением. Другие вообще не видели в ней никакого смысла, поскольку у больного было «положение безнадежное». Конец дискуссиям положил прибывший в Киев главный хирург Красной армии генерал-лейтенант, академик Н. Н. Бурденко, который прямо заявил:
— Выход из создавшегося положения вижу только в неотложной высокой ампутации правой ноги, несмотря на всю опасность этой операции...
Хрущёв вспоминал: «Бурденко, отведя меня в сторону, сказал, что единственный выход — операция, и как можно быстрее. Придётся отнять ногу. “Мы возлагаем на вас большую надежду. Вам нужно поговорить с Ватутиным раньше, чем нам. Вы сошлётесь на нас и скажете ему о такой необходимости. Он питает к вам большое уважение, доверие, и вы сумеете найти слова, чтобы убедить его согласиться на операцию”.
И я поговорил с Ватутиным: “Николай Фёдорович, ваша рана дала осложнение. Врачи говорят, что нужна ампутация, придется отнять ногу. Я понимаю, что это значит для каждого человека. Но генерал без ноги возможен. А пожалеешь ногу, и потеряешь голову. Выбор один: жизнь или ампутация. Ампутация сохранит жизнь. Если её не сделать, остается смерть. Прошу вас согласиться на операцию”. Он ответил довольно спокойно: “Да, я согласен. Скажите врачам, пусть делают так, как считают нужным. Я готов хоть сейчас”».
О рискованной операции доложили Сталину. Была к ней готова и супруга Николая Федоровича — Татьяна Романовна. За все прошедшие недели она выплакала много горьких слез за любимого Коленьку. И теперь Татьяна Романовна просила и врачей, и Хрущёва сделать всё возможное для того, чтобы спасти жизнь мужа.
Операция по ампутации бедра была сделана Николаю Федоровичу 5 апреля в 15.00. К ночи он начал выходить из послеоперационного шока. Отсечённая ткань была отправлена в лабораторию. В ходе исследования были выявлены паралогические изменения тканей, кости и костного мозга. К сожалению, улучшения состояния здоровья раненого не наступало. Инфекция, словно ржавчина, продолжала разъедать организм. В некоторых местах тела Ватутина появились новые гнойные очаги.
В Киеве высадился очередной «десант» врачей. Из Москвы прибыли академик Н. Д. Стражеско, хирурги кремлевской больницы, профессора А. А. Бакулев и Н. Н. Теревинский, из Харькова приехал известный в СССР специалист по иммунизации профессор В. А. Коган-Ясный. Борьба за жизнь полководца продолжалась. Но усилия врачей не приносили желаемого результата. Николаю Фёдоровичу становилось всё хуже и хуже. Судьба отмеряла ему последние дни.
Вновь обратимся к воспоминаниям Хрущёва: «Все делали буквально всё, чтобы состояние его здоровья улучшилось. Не знаю, сколько дней протянул он ещё в таком виде, когда опять мне позвонил Бурденко (или его ассистент) и попросил, чтобы я приехал, потому что Ватутин уже находился в тяжелейшем состоянии. Он метался, поднимался на руках, требовал блокнот, карандаш и пытался написать какую-то телеграмму, обращался к Сталину с просьбой спасти его, и тому подобное.
Когда я подошёл к нему, он метнулся навстречу, обнимал, целовал, был в полусознании, но хотел жить и обращался к каждому, кто мог в какой-то степени помочь отвоевать его жизнь. А я ему сказал: “Николай Фёдорович, Сталин знает и всё сделает, что надо”».
Четырнадцатого апреля Ватутин написал карандашом последний в своей жизни документ — записку И. В. Сталину на бланке председателя Совета народных комиссаров УССР. Скорее всего, этот бланк ему как раз и дал Хрущёв. В записке всего три предложения: «Дела идут очень плохи [так в тексте]. Бурденко меры принимает. Прошу кое-кого подстегнуть. Ватутин».
Кого имел в виду Николай Федорович, написав фразу «кое-кого подстегнуть», ответить трудно. Но, скорее всего, он до последнего верил и надеялся, что Сталин своей железной властью спасёт ему жизнь.
В ночь на 15 апреля сердце военачальника перестало биться. Врачи констатировали: «В 1.30 15.04 с.г. т. Ватутин скончался при явлениях нарастающей сердечной слабости и отека легких».
В этот же день в газете «Правда» было опубликовано печальное сообщение:
«Совет Народных Комиссаров СССР, Народный Комиссариат Обороны СССР и Центральный Комитет ВКП(б) с глубоким прискорбием извещают, что в ночь на 15 апреля после тяжёлой операции скончался в Киеве командующий 1-м Украинским фронтом генерал армии Ватутин Николай Фёдорович — верный сын большевистской партии и один из лучших руководителей Красной Армии. В лице товарища Ватутина государство потеряло одного из талантливейших молодых полководцев, выдвинувшихся в годы Отечественной войны.
Похороны генерала армии Ватутина Н. Ф. состоятся в г. Киеве.
Память генерала армии Ватутина Н. Ф. увековечивается сооружением ему памятника в г. Киеве».
В некрологе, подписанном Г. К. Жуковым, А. М. Василевским, К. Е. Ворошиловым, С. М. Будённым, С. К. Тимошенко, Б. М. Шапошниковым, И. С. Коневым, Н. Н. Вороновым, П. А. Ротмистровым А. И. Антоновым, К. А. Мерецковым, К. К. Рокоссовским, Р. Я. Малиновским, Ф. И. Толбухиным, Л. А. Говоровым, М. М. Поповым, И. X. Баграмяном, А. И. Ерёменко, В. С. Соколовским, другими военачальниками, Ватутин был назван как «выдающийся генерал и полководец Красной Армии», боевой путь которого «отмечен активнейшим участием в Сталинградской операции, в победоносном наступлении от излучины Дона до Донбасса, победной операцией в Белгородско-Курском сражении в июле 1943 года, взятии Киева, Житомира, Бердичева, Ровно».
Тысячи киевлян — от мала до велика, военнослужащие гарнизона пришли проститься с полководцем. В течение нескольких дней огромная нескончаемая людская река текла и текла в здание Дворца пионеров, где был установлен гроб с покойным, чтобы отдать последний долг выдающемуся военачальнику, внесшему огромный вклад в дело защиты Родины и освобождения её городов и сёл от захватчиков.
Все это время рядом с гробом Ватутина находились члены его семьи — овдовевшая Татьяна Романовна, осиротевшие дети Елена и Виктор. Невозможно без сострадания было смотреть на убитую неизмеримым горем мать полководца Веру Ефимовну. За последние два месяца эта скромная русская женщина уже дважды пережила тяжёлую горечь утраты. В первых числах февраля она получила известие о том, что её сын «красноармеец Ватутин Афанасий Федорович, находясь на фронте, в бою за социалистическую Родину был тяжело ранен и умер от ран 4.2.1944 года». Спустя месяц пришло извещение на сына Семёна, который «погиб смертью храбрых в борьбе с немецкими оккупантами». И вот теперь Вера Ефимовна потеряла ещё одну свою кровинушку — Колю. По свидетельству очевидцев, она стояла у гроба, плакала и тихо повторяла: «Умер ты, сын мой, за жизнь других. Они не забудут тебя, Коля, сокол мой ненаглядный».