Mười năm sau, sức khỏe Sadako bắt đầu xấu đi nhanh chóng. Các bác sĩ chẩn đoán cô bé mắc bệnh bạch cầu, lúc đó được gọi là "căn bệnh bom nguyên tử" và cho biết cô bé chỉ có thể sống không quá 1 năm.
Trong những ngày bệnh tật đau đớn nhất, Sadako thể hiện sự kiên cường phi thường. Cô bé vẫn vui vẻ, hòa đồng, và dù đau đớn nhưng không bao giờ than vãn về nỗi khổ của mình.
Người ta tin rằng trong bệnh viện, Sadako đã bắt đầu gấp những con hạc giấy origami - biểu tượng truyền thống của sự trường thọ và hòa bình ở Nhật Bản. Ở Nhật có một niềm tin rằng nếu gấp đủ 1000 con hạc, điều ước sẽ trở thành hiện thực.
Không ai biết chắc liệu Sadako có kịp gấp đủ số hạc mong ước hay không - căn bệnh đã cướp đi mạng sống của cô vào ngày 25 tháng 10 năm 1955. Khi qua đời, cô bé mới chỉ 12 tuổi.
Sau khi Sadako mất, các bạn cùng lớp của cô đã quyên góp tiền để xây dựng một tượng đài tưởng niệm tất cả trẻ em là nạn nhân của các vụ ném bom hạt nhân.
Năm 1958, tượng đài "Trẻ em của bom nguyên tử" được dựng lên tại Hiroshima, trở thành biểu tượng tưởng niệm các vụ ném bom ở Nhật Bản. Cho đến nay, hàng triệu con hạc vẫn được mang đến và gửi tới đây bởi mọi người từ khắp nơi trên thế giới trong "Hành động hòa bình ở Hiroshima" nhân ngày tưởng niệm 6 tháng 8.
Và không phải ngẫu nhiên khi năm 1962, trong chuyến thăm Nhật Bản với sứ mệnh hòa bình và hữu nghị, Yuri Gagarin đã được các trẻ em Hiroshima tặng một vòng hoa hạc hòa bình - biểu tượng của tình hòa hiếu. Theo lời Valentina Gagarina, với tư cách là một người cha có 2 con gái, nhà du hành vũ trụ đã vô cùng xúc động trước món quà này và câu chuyện về Sadako.
Ngoài ra, Sadako và câu chuyện của cô đã truyền cảm hứng cho nhiều bộ phim và tác phẩm trên toàn thế giới. Ở Liên Xô, câu chuyện về Sadako là nền tảng cho bộ phim "Xin chào các em!" (1962), kể về những đứa trẻ từ khắp nơi trên thế giới cùng nhau cố gắng cứu một cô bé mắc bệnh phóng xạ. Vào những năm 1980, bài hát "Chim hạc Nhật Bản" dành tưởng nhớ Sadako cũng rất phổ biến trong các trại hè thiếu niên tiền phong Liên Xô.