Francisco và Jacinta bị mắc bệnh cúm Tây Ban Nha vào năm 1918. Vào tháng 10 năm 1918, Jacinta nói với chị Lúcia rằng Đức Maria đã hiện ra và nói với em rằng bà sẽ sớm đưa em cùng anh ruột của mình về trời. Họ đã sống lay lắt trong bệnh tật trong vài tháng, kiên trì đi bộ đến nhà thờ để thờ kính Thánh Thể và cầu nguyện hàng tiếng đồng hồ trong tư thế quỳ và chạm đầu xuống đất như đã được thiên thần truyền cho làm.[9]

Francisco đề nghị được ngừng chữa trị vào ngày 3 tháng 4 năm 1919 và mất tại nhà riêng một ngày sau đó. Trong khi đó để cứu sống Jacinta, điều mà em cho là vô ích, mọi người đã chuyển em đến bệnh viện Ourém. Bệnh tình của Jacinta ngày càng xấu đi và em lại được chuyển đến Trại mồ côi Đức Mẹ Đầy Phép Lạ tại Estrela thuộc thành phố Lisboa để có cơ may được vào chữa trị tại bệnh viện Nữ vương Estefânia cũng thuộc Lisboa (vì khi ấy chỉ có các em sống tại Lisboa mới được chữa trị tại bệnh viện này). Em được chẩn đoán là bị viêm màng phổi có mủ và hai khúc xương sườn của em đã được phẫu thuật cắt bỏ. Vì không được gây tê hoàn toàn do có ngăn trở ở tim, em đã phải chịu đựng nỗi đau khủng khiếp mà em cho là sẽ giúp nhiều người có tội được ơn hoán cải. Đến ngày 19 tháng 2 năm 1920, Jacinta đã xin linh mục tuyên úy của bệnh viện – người đã nghe em xưng tội – cho em được dự Thánh Lễ tại giường bệnh và được lãnh bí tích Xức Dầu Bệnh Nhân vì em nói rằng em sẽ ra đi "trong đêm mai". Vị linh mục nói rằng bệnh tình của Jacinta khi ấy không quá nghiêm trọng và rằng ông sẽ quay lại vào ngày hôm sau. Đến ngày hôm sau, Jacinta qua đời; em đã trút hơi thở cuối cùng trong cô đơn – như điều mà em vẫn thường nói.[11]

Vào năm 1920, trước khi ra đi, Jacinta Marto (9 tuổi) đã bàn luận với chị Lúcia dos Santos (12 tuổi) về Liên minh Thánh Tâm và Mẫu Tâm và nói rằng:

Khi thời điểm chị phải nói điều này đến, đừng bỏ đi và trốn tránh. Chị hãy nói với tất cả mọi người rằng Thiên Chúa ban ơn cho chúng ta thông qua Trái Tim Vô Nhiễm Nguyên Tội của Đức Mẹ; rằng mọi người được mời gọi xin ơn lành từ Trái Tim của Mẹ; và rằng Trái Tim Đức Chúa Giêsu rất muốn Trái Tim Vô Nhiễm Nguyên Tội của Đức Mẹ được thờ kính bên ngài. Chị cũng hãy mời gọi mọi người cầu nguyện cho hòa bình cùng Trái Tim Vô Nhiễm Nguyên Tội của Đức Mẹ, vì Thiên Chúa đã trao phó nhiệm vụ ấy cho Mẹ.[12]

Linh cữu của hai em Francisco và Jacinta được mai táng tại Vương cung thánh đường Đức Mẹ Mân Côi, Fátima.[13]