Смертельная болезнь подкралась к самому Сергею Николаевичу незаметно. Поначалу он не обращал особого внимания на ее признаки. Но вскоре Маргарита Карловна увидела его нараставшее смятение. Он старался не подавать виду, что с ним происходит что-то серьезное. Возможно, уже начались и физические боли. Возможно, не меньшая боль была душевной. Жена предлагала ему кончить работать, поехать в Коктебель - до глубокой зимы, поездить по России, которую не знали оба в своей жизненной гонке, съездить для начала в Ленинград... Он отвечал: "Маргош, ну я же не могу отойти от своих ребят. Я их люблю, прирос к ним...". Жить ему оставалось полгода.
Последние месяцы жизни Сергея Николаевича Анохина были временем его постепенного ухода в тень. Чем дальше, тем больше он становился скорее легендой, нежели строгим и суровым начальником... А. П. Александров вспоминал: «Когда Сергей Николаевич заболел, мы приезжали к нему в больницу, в МОНИКИ, и там у нас было много всяких разговоров. Помню, мы привезли бутылку коньяка в один из последних визитов к нему. Врач нам сказал: "Вообще-то можно, но лучше не выпивать..." Сергей Николаевич сказал тогда: "Вот я выйду из больницы, и мы ее тогда и разопьем..." Через десять дней Сергея Николаевича не стало...».
Однажды, за несколько дней до того, как Сергея Николаевича должны были увезти в больницу, и всем казалось, что он не знает, что смертельно болен, он, выходя из дома на прогулку, сказал жене: "Маргош, я ненадолго...". "Смотри, не опоздай к обеду", -забеспокоилась Маргарита Карловна. Она знала диагноз, но мужу не открывалась. "Нет, нет, я - в гараж и обратно...". Как потом выяснилось, в действительности же он поехал оформлять завещание. Все, что у него было, он завещал жене...
Болезнь его проявилась незаметно - ведь он работал почти до конца своих дней. У него была давняя, застарелая язва желудка. В свое время его удачно прооперировали по этому поводу, но хирурги строго предупредили, что язва - большая, с "карманом", и надо очень и очень беречься. Вскоре эта язва зарубцевалась. Но то ли сказалось многолетнее, постоянное нервное напряжение, то ли нежелание Сергея Николаевича придерживаться строгой диеты и режима, но язва открылась вновь. Сделали повторную операцию. После операции, которая оказалась вполне удачной, он прекрасно себя чувствовал. Пополнел. Работал и тренировался остервенело. Весной решил поехать отдохнуть в Коктебель. Возможно, тамошнее жаркое солнце сыграло свою губительную роль. После Коктебеля он стал терять аппетит и заметно худеть. Два года перед тем не было никаких проблем, и вдруг постепенно все стало разваливаться - со странной быстротой. Он заметно ослаб, стал плохо есть. И домашние, и летчики, и космонавты, приходившие к нему, делали вид, что его болезнь совсем нестрашная. Он делал такой же вид. Все врали ему, и он врал всем. На самом же деле он знал истину...
Раковые заболевания были нередкими у летчиков-испытателей. Федор Иванович Бурцев, не особо настаивая, предположил как-то, что болезни и смерти многих летчиков, людей, поначалу, абсолютно здоровых, были связаны с характером их летной работы: "Вот, например, у Василия Архиповича Комарова со здоровьем возникло немало проблем. В одно время у него обнаружился туберкулез кости, и потребовалась операция. Потом - рак легких. От болезни легких умерло немало летчиков и других членов экипажей. Скорее всего, - считал Бурцев, - это от облучения... В частности, когда летали в Багерове, луч локатора проходил через летчика...". О том же говорил, как уже отмечалось, Нуждин, летавший на атомной летающей лаборатории...
... В жизни Анохина встретился замечательный врач Борис Валентинович Агафонов. Познакомились они в институте гастроэнтерологии, где оба лечили свои язвы. Агафонов работал невропатологом в МОНИКИ. Профессор, он впоследствии стал заместителем директора МОНИКИ. Так вот, Агафонов, ставший другом семьи Анохиных, многое сделал, чтоб облегчить страдания последних дней Сергея Николаевича. Он забрал его к себе в МОНИКИ и окружил необыкновенной заботой. Может быть, глядя на Агафонова, на его сверхвнимание, Сергей Николаевич особенно ясно понимал близость печальной развязки, хотя ничем внешне этого не выдавал - ни с кем.
Впрочем, в больнице, за несколько дней до смерти он сказал жене: "Знаешь, летчику все же лучше разбиться. Мне было бы это приятнее, чем лежать прибранным в гробу... Вы только меня не сжигайте...". Уезжая в больницу, он оставил последнюю свою записку: "Прощайте все, мои дорогие, кого я знаю. Конец".