Śmierć Według jednego z kolegów, stan Li stał się krytyczny 5 lutego. Dzień później, gdy Li rozmawiał przez telefon z przyjacielem, powiedział mu, że ma problemy z oddychaniem i że jego saturacja tlenu spadła do poziomu 85%. Około 19:00 został wysłany na pogotowie. Według chińskiego Newsweeka, jego bicie serca zatrzymało się o 21:30. Chińskie media państwowe napisały w mediach społecznościowych, że Li zginął, ale posty te zostały wkrótce usunięte. Później Wuhan Central Hospital wydał oświadczenie zaprzeczające doniesieniom o jego śmierci: „W trakcie walki z koronawirusem, okulista z naszego szpitala Li Wenliang został niestety zainfekowany. Jest on teraz w stanie krytycznym i robimy wszystko, co w naszej mocy, aby go uratować”. Podobno do utrzymania go przy życiu wykorzystano pozaustrojowe natlenienie błony śluzowej. Wysiłek nie powiódł się, a szpital ogłosił, że Li zmarł o 2:58 7 lutego 2020 roku.
Reakcje na śmierć Li Światowa Organizacja Zdrowia zamieściła na Twitterze informację, że jest „głęboko zasmucona odejściem dra Li Wenlianga i wszyscy musimy świętować pracę, którą wykonał na #2019nCoV”.