Stalinin terveys heikkeni toisen maailmansodan loppupuolella. Hän kärsi ateroskleroosista voimakkaan tupakoinnin seurauksena, lievä aivohalvaus voiton aikaan Paraatti (toukokuu 1945) ja vakava sydänkohtaus lokakuussa 1945.
Stalinin elämästä on kulunut kolme päivää kuvattu yksityiskohtaisesti ensin Neuvostoliiton virallisissa ilmoituksissa Pravdassa ja sitten täydellinen englanninkielinen käännös, joka seurasi pian sen jälkeen Neuvostoliiton lehdistön artikkelissa Kuten Volkogonov kuvaili, Stalin ja pieni joukko hänen sisäpiirinsä, joka koostui Malenkovista, Molotovista, Beriasta, Hruštšovista ja muutamasta muusta, kokoontui 28. helmikuuta 1953 viihde- ja juominenillalle. Vieraat hajaantuivat suunnilleen klo 4.00 1. maaliskuuta, ja Stalin vetäytyi yksityisiin tiloihinsa tiukkojen ohjeiden mukaan, ettei häntä saa häiritä, ennen kuin kuultiin ääniä, jotka osoittavat hänen heränneen. Aika kului eikä ääniä kuulunut koko päivän. Noin klo 23.00 hänen talonmiehensä astui varovaisesti huoneeseensa 1. maaliskuuta ja löysi hänet makaamassa lattialla, yllään pajamahousut ja paita. Hän oli tajuton, hengitti voimakkaasti, inkontinenssi eikä reagoinut yrityksiin herättää häntä. Berialle soitettiin, ja nähtyään hänet aliarvioitiin, että hän oli tajuton, johtuen tästä alkoholinkäytöstä ja lähti.
Beria ja joukko lääketieteen asiantuntijoita kutsuttiin 2. maaliskuuta klo 7.00. kutsuttiin häntä tutkimaan. Tutkimuksensa perusteella, joka paljasti verenpaineen 190/110 ja oikeanpuoleisen hemiplegian, he päättelivät, että Stalinilla, jolla oli tiedossa ollut hallitsematon verenpainetauti, oli ollut verenvuotoinen aivohalvaus, johon osallistui vasemman keskimmäisen aivovaltimon. Kahden seuraavan päivän aikana hän sai erilaisia hoitoja; ja yrittäessään alentaa verenpainettaan, joka oli noussut arvoon 210/120, hänen kaulaansa ja kasvoihinsa levitettiin kaksi erillistä sovellusta, joissa kussakin oli kahdeksan piikaa seuraavien kahden päivän aikana. Hänen tilansa heikkeni kuitenkin edelleen ja hän kuoli klo 9.50. 5. maaliskuuta 1953. Hänen ruumiinsa vietiin sitten määrittelemättömään paikkaan ja suoritettiin ruumiinavaus, jonka jälkeen se palsamoitiin julkiseen katseluun. Alkuperäisen ruumiinavausraportin löytämisyritykset ovat epäonnistuneet viime aikoihin asti, mutta tärkeimmistä löydöksistä ilmoitettiin erityisessä tiedotteessa Pravdassa 7. maaliskuuta 1953 seuraavasti:
”JV Stalinin ruumiin patologinen-anatominen tutkimus”
”Patologinen tutkimus paljastui suuri verenvuoto, joka on lokalisoitu vasemman aivopuoliskon subkortikaalikeskusten alueelle.Tämä verenvuoto tuhosi tärkeät aivojen alueet ja johti peruuttamattomiin muutoksiin hengityksessä ja verenkierrossa. Aivoverenvuodon lisäksi havaittiin merkittävä verenvuoto vasen kammio (sydämen), lukuisat verenvuodot sydänlihaksessa, mahassa ja suoliston limakalvossa; ateroskleroottiset muutokset verisuonissa, näkyvämpiä aivovaltimoissa. Nämä ovat seurausta verenpainetaudista. Patologisen tutkimuksen tulokset paljastivat peruuttamattoman charac J.V.Stalinin taudin aivoverenvuodon hetkestä lähtien. Siksi kaikki hoitoyritykset eivät olisi voineet johtaa myönteiseen lopputulokseen ja estää kuolemaan johtavan lopputuloksen. ”
Kuten edellä on esitetty yhteenvetona, sen sijaan, että ehdotettaisiin Berian juoni , jota epäiltiin hänen väitetysti kertoneen Molotoville ”otin hänet ulos” yhdessä vaiheessa ja hänen näennäisesti tahallisesta viivästyksestään saada Stalinille lääkehoitoa, ruumiinavauksen aikana havaitut fyysiset muutokset olivat yhdenmukaisia kallonsisäisten muutosten kanssa, joita aivohalvauksen uhrit usein kohtaavat. Lavrenti Berian poika Sergio Beria kertoi myöhemmin, että Stalinin kuoleman jälkeen hänen äitinsä Nina ilmoitti miehelleen, että ”asenne on nyt vielä epävarmempi kuin silloin, kun Stalin oli elossa.” Tämä osoittautui oikeeksi; useita kuukausia myöhemmin , kesäkuussa 1953, Berija pidätettiin ja syytettiin erilaisista rikoksista, mutta merkittävästi mikään ei liittynyt Stalinin kuolemaan. Myöhemmin hänet teloitettiin entisten politbyroon kollegoidensa määräyksestä, mutta on olemassa ristiriitaisia tarinoita siitä, milloin ja missä tämä tapahtui.