Il 1º maggio 1951 chiede che lo si porti all'università, affinché gli studenti in medicina possano osservare gli ultimi istanti di un uomo che si prepara a morire di leucemia e muore poco dopo il suo arrivo, alle 21 e 30, all'età di 43 anni. Il 3 maggio, 20.000 persone assistono alle sue esequie davanti alla cattedrale. La città di Nagasaki osserva un minuto di silenzio nel momento in cui suonano le campane di tutti gli edifici religiosi. Il 14 maggio, una cerimonia ufficiale ha luogo in memoria del dottor Nagai, poi i suoi resti sono sepolti nel cimitero internazionale di Sakamoto.