1940年5月，他受党中央派遣去苏联为大型纪录片《延安与八路军》配乐。临行前，毛泽东于百忙中在家中请他吃饭，为他饯行。到苏联后不久，卫国战争爆发。他因战乱和交通阻隔而难以归国。其间，他以音乐为武器，写下了交响曲《民族解放》《神圣之战》，管弦乐组曲《满江红》《中国狂想曲》，歌颂苏联人民的反法西斯战争，表达对祖国的深切怀念。由于长期劳累和营养不良，致使肺病加重，1945年10月病逝于莫斯科。延安各界为他举行了追悼会，毛泽东亲笔题词：“为人民的音乐家冼星海致哀”。