奥运前夕，罗京在体检中查出患有淋巴肿瘤。由于奥运直播工作繁重，罗京不得不参与奥运直播报道，并在8月31日坚持主持完当天的《新闻联播》后，这才开始赴北京肿瘤医院接受治疗。本年2月7日，罗京转移到了307医院，在相关专家参与会诊后，罗京于2月9日成功进行造血干细胞移植。1个月后，罗京在身体复查时发现，淋巴结淋巴瘤细胞消失，病情缓解。随后，罗京进行了口腔溃疡等并发症的治疗，病情相对稳定。
5月29日，罗京在医院度过了自己48岁的生日，当时他的精神状况还非常好，与在场的主治医生、家人和同事愉快地聊了1个小时。不过6月1日，他的综合并发症突然暴发。6月4日下午2点，全国专家对其进行会诊。下午4点左右，他出现心衰，虽然已进行了抢救，病情也逐渐平稳，但昨日早上仍不幸去世。
本年2月7日，罗京转入307医院，接受造血干细胞移植手术，在这里他度过了生命中最后的4个月。解放军307医院移植科主任陈虎惋惜地说：“造血干细胞移植手术以后，他的肿瘤达到了完全缓解，而且开始也给了我们希望，可是只持续了3个月就复发了，非常可惜。复发了以后，肿瘤进展的速度也是很快，最终还是因为肿瘤去世。”
住院期间，主治医生透露罗京当时口腔溃疡都比别人重，吃饭喝水说话都一直疼得很厉害。307医院移植科护士邢桂芝还清晰地记得罗京强忍疼痛坚持服药的情景：“喝一口水，疼的表情都是把眉毛纠结在一起，我们就给他配了麻药，漱完口之后再吃药、吃饭。每顿药他都没有落下，其他的病人都没办法这样坚持。”
移植(器人、骨髓、干细胞)手术可能是西医目前最前沿的医术。但不成熟，风险高。这种手术，在一些大医院中常常被推介。这种治疗的费用惊人。手术常常被形容为是成功的，但要治愈就要完全依赖你的运气。原因是这种治疗到目前为止无法逾越“排斥”和“感染”两道坎。
西医常用“干扰素”和“免疫抑制剂”来抗排斥，不过却导致人与体免疫力降低的恶果---容易受病菌感染。若受到感染，一般的抗生素和消炎药无济于事。罗京的死因就是受到“感染”。先是口腔溃疡，然后沿呼吸道传染到肺。心，最后导致心力衰竭。