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Em 1910 terminou a Nona Sinfonia (o seu último trabalho completo) e começou a escrever a Décima.
Nesse ano a sua esposa Alma precipitou uma crise conjugal, ao fazer amizade com Walter Gropius. Em Leyden, Mahler teve uma consulta com o psicanalista Sigmund Freud.
De volta à América, em fevereiro de 1911, Mahler ficou extremamente doente. O médico da família, Joseph Fränkel, em Nova Iorque, diagnosticou uma infeção estreptocócica. Por sugestão do médico, no começo de abril, Mahler partiu para Paris para consultar um bacteriologista. Nessa época Paris, em virtude das descobertas de Louis Pasteur era um centro de referência para o estudo de moléstias de origem bacteriológica.
Por um breve período, Mahler teve uma pequena melhora e chegou até a planear uma viagem ao Egito. Contudo não conseguiu recuperar. Um médico especialista em hematologia sugeriu que Mahler fosse internado em Viena e para lá foi levado.
A 18 de maio de 1911, com 50 anos e 46 semanas, Gustav Mahler morreu em Viena, então capital do Império Austro-Húngaro, de uma infeção estreptocócica do sangue. As suas últimas palavras foram: Minha Almschi (uma referência a sua esposa Alma, literalmente traduzido, Minha Alminha) e "Mozart". Como Beethoven, morreu durante uma trovoada. Ele foi sepultado em Viena, no Cemitério Grinzinger, ao lado da filha Maria, conforme pediu antes de morrer.