Буквально спустя несколько недель после этого интервью Авилов отправился с театром на гастроли, и там у него внезапно открылась язва. В местной клинике актер посетовал врачам на частые боли в позвоночнике. Авилова осмотрели и вынесли страшный диагноз – рак печени 4-й степени, неоперабельный.
Несмотря на столь убийственный диагноз, Авилов, вернувшись на родину, продолжал играть в родном театре «На Юго-Западе». Про свою болезнь говорил: «Я ее задавлю, гадину!» Он не спал ночами, в спектаклях играл на уколах. Однако с каждым днем ему становилось все хуже и хуже. В итоге в июле 2004 года друзья актера предложили прибегнуть к помощи ученых из Новосибирского научно-технического центра «Вирус». И Авилов согласился.
Нетрадиционное лечение было комплексным. Применялись нейтринные пушки, магнитно-резонансные процедуры, больному давали коктейль биологической стимуляции и коррекции фенотипа организма. Спустя пару недель больной почувствовал себя лучше. Если раньше его носили на процедуры на руках, то теперь он уже мог подниматься сам. 8 августа Авилов справил свое 51-летие в бодром расположении духа. А спустя две недели скончался во сне от внезапной остановки сердца. Это произошло 21 августа в 19.10. Гроб с телом актера привез на родину его друг Дмитрий Чубаров, с которым они вместе приехали в Новосибирск, надеясь на чудо.
Похороны В. Авилова состоялись в Москве 25 августа. Отпевание прошло в храме Святого Архангела Михаила в Тропареве. Затем гроб с телом покойного доставили в театр «На Юго-Западе» (в нем Авилов проработал 30 лет), где была проведена гражданская панихида. Вот как описывала происходящее журналистка газеты «Жизнь» В. Хващевская: «В разгар панихиды в зале погас свет. Сцена на мгновение опустилась в полную темноту. Повисло молчание. Присутствующие растерянно смотрели друг на друга. Все понимали, что это не просто техническая поломка…
Родители артиста Василий и Валентина Авиловы сидели в первом ряду. Казалось, мама не верит, что ее сына больше нет. Она не слышала ни слов утешений мужа, ни выступлений актеров театра…
На прощальной церемонии присутствовали и обе жены актера. Первая – Галина Галкина (она тоже играет в театре «На Юго-Западе») и вторая – Лариса, которая была рядом в последние дни жизни актера. Обе супруги выглядели потерянными…