李鸿章已经开始咳血了。知道自己的时日不多，李鸿章想尽快地结束谈判，谈判结束的直接标志是联军撤出京城和皇室朝廷回京。可是，“议和大纲”签字后，联军并没有撤军的迹象。各国的态度是：必须把赔款的数额定下来。此时的李鸿章已经没有力气与洋人争来争去了，他吐血已经吐到了“濒危”的程度，在生命的最后时间里，李鸿章已没有精力面对面与洋人再论长短了。李鸿章躺在病榻之上，指挥着下级官员把损失降到最低点———从一开始提出的10亿两白银降到4亿5000万两，分39年还清，年息4厘;4亿5000万两，是对4亿5000万中国人所定的数字，“人均一两，以示侮辱”。李鸿章接受了这个侮辱。
1901年9月7日，李鸿章代表大清国与11国签订了中国近代史上著名的不平等条约《辛丑条约》。值得一提的是，在这份文件上，李鸿章将“李鸿章”三个字签成了“肃”字的模样，这三个字挤在一起，即虚弱无力，又辛酸悲苦。很明显，李鸿章在此时想的是以自己在朝廷受封的身份“肃毅伯”来落下这个耻辱的款。悲恸欲绝的李鸿章在签字回来后，再一次大口大口地吐血。医生诊断为：胃血管破裂。
李鸿章在病榻上上奏朝廷：
臣等伏查近数十年内，每有一次构衅，必多一次吃亏。上年事变之来尤为仓促，创深痛剧，薄海惊心。
无法想像就要离世的李鸿章在写下“必多一次吃亏”这几个字时会是什么心情。李鸿章毕生致力的“外修和好，内图富强”的愿望，到了生命的边缘阶段，算是彻底碎如齑粉了。
1901年11月7日，李鸿章在北京贤良寺魂飞魄散。死之前，已经穿上寿衣卧于病榻上的李鸿章忽然睁大眼睛，嘴唇喃喃颤动，两行清泪缓缓滚出。匆忙赶来的老部下周馥痛哭道：“老夫子，有何心思放不下，不忍去耶?公所经手未了事，我辈可以办了，请放心去罢!”李鸿章“忽目张口动，欲语泪流”。周馥“以手抹其目，且抹且呼”，其目遂瞑，须臾气绝。终年78岁。
消息传来，慈禧的眼泪当场就流了下来，感叹说：“大局未定，倘有不测，再也没有人分担了。”