Suốt một năm rưỡi điều trị ung thư phổi, Mai Phương luôn lạc quan, mạnh mẽ để vượt qua nghịch cảnh, cố gắng chăm sóc bản thân và con gái Lavie. Tháng 8/2018, Mai Phương phát hiện mắc ung thư phổi. Bệnh ở giai đoạn muộn, di căn vào xương khiến sức khỏe cô suy yếu nhanh chóng. Sau thời gian tích cực dùng thuốc kết hợp xạ trị, Mai Phương được bác sĩ cho về nhà điều trị ngoại trú và phải theo dõi thường xuyên. Thời gian đầu điều trị bệnh, Mai Phương hoàn toàn rút khỏi các hoạt động giải trí. Mỗi ngày, cô dậy sớm tập yoga, tưới cây, đưa con đi học. Những lúc rảnh rỗi, cô thường đọc sách, học đàn, học tiếng Anh, nghiên cứu các loại thảo mộc tốt cho sức khỏe. Diễn viên 35 tuổi thấy vui vì được tận hưởng cuộc sống bình yên, làm những việc mình thích thay vì bận rộn chạy show như trước.
Tháng 1/2019, Mai Phương đón tuổi 34 bên cạnh bố mẹ và con gái. Mắc bệnh hiểm nghèo nên cô luôn trân trọng từng giây phút bên người thân, bạn bè. ‘Đối với tôi, điều quan trọng nhất là thực tại. Chuyện của ngày mai, hãy để ngày mai rồi tính. Tôi muốn để mọi thứ diễn ra tự nhiên, chuyện gì đến sẽ đến’, cô nói với Ngoisao.net trong dịp phỏng vấn đầu năm 2019. Diễn viên Ốc Thanh Vân luôn bên cạnh chăm sóc và đưa Mai Phương đi dạo phố để tinh thần thêm phấn chấn. Tết Nguyên đán 2019, Mai Phương lái xe đến chúc Tết nhà Ốc Thanh Vân. Hình ảnh nữ diễn viên khỏe mạnh, tươi tắn khiến đông đảo khán giả vui mừng. Sức khỏe tạm ổn định, Mai Phương trở lại một số hoạt động nghệ thuật phù hợp để đỡ nhớ nghề, đồng thời có thêm thu nhập trang trải cuộc sống. Ban đầu, diễn viên Những thiên thần áo trắng bị đau nhức cơ thể, mặt nổi mụn vì trang điểm nhưng cố gắng hoàn thành công việc. Cô cũng được mọi người chăm sóc kỹ lưỡng, hỗ trợ khi di chuyển, những lúc mệt đều có thể dừng quay để nghỉ ngơi. Tháng 11/2018, giọng ca Tiếng dương cầm trong đêm có mặt tại buổi ra mắt bộ sưu tập mới của nhà thiết kế Chung Thanh Phong (ảnh). Cô hy vọng khán giả đón nhận hình ảnh vui vẻ, tích cực của mình sau chuỗi ngày nằm viện.
Tháng 3/2019, Mai Phương bất ngờ chụp bộ ảnh gợi cảm. Stylist Kye cho biết anh mời nữ diễn viên thực hiện bộ ảnh nhằm động viên cô sống lạc quan, mạnh mẽ. Trong suốt buổi chụp, người đẹp không mang giày cao gót mà chỉ ướm chân vào để tạo dáng vì sợ ảnh hưởng đến xương khớp. Ngoài ca hát, diễn xuất trong một số dự án sitcom, Mai Phương nhận lời biểu diễn thời trang. Tháng 4/2019, cô xuất hiện với vai trò mở màn bộ sưu tập xuân hè của nhà thiết kế Đức Vincie. Lúc này, nữ diễn viên chia sẻ sức khỏe đã ổn định, cơ thể đáp ứng thuốc tốt nhưng cần tránh làm việc nặng và nghỉ ngơi điều độ. Mai Phương ghi hình một số talkshow: Giải mã tri kỷ, Phụ nữ quyền năng, Ký ức vui vẻ . Nữ diễn viên trải lòng về những khó khăn trong quá khứ và cuộc sống khi điều trị ung thư. Cô tâm sự bản thân chưa từng hoảng sợ khi phát hiện căn bệnh hiểm nghèo mà luôn cố gắng giữ tinh thần lạc quan, vui vẻ, cống hiến hết mình cho nghệ thuật.
Nữ diễn viên thường xuyên dắt Lavie đến tham gia các hoạt động thiện nguyện tại chùa vì muốn giáo dục con tấm lòng nhân hậu. Cô cũng quyên góp tiền, động viên tinh thần nghệ sĩ Lê Bình, nghệ sĩ Nguyên Thảo, Hạnh An – con gái đạo diễn Đỗ Đức Thành khi hay tin họ mắc bệnh ung thư. Tháng 4/2019, Mai Phương cùng Ốc Thanh Vân đến Bhutan cầu bình an, sức khỏe (trái). Nữ diễn viên cũng đưa con gái đi du lịch nhiều nơi như: Nhật Bản, Malaysia, Singapore… Cô ở bên cạnh con nhiều hơn vì ý thức tình trạng bệnh của bản thân có thể diễn biến xấu bất cứ lúc nào. ‘Tôi sợ sau này không có cơ hội vì đang thấy nhiều điều không mong muốn xảy ra. Tôi cố gắng cho con được đi chơi dù nhiều lúc hơi đuối’. Giữa tháng 8/2019, Mai Phương tổ chức sinh nhật cho con gái Lavie và mẹ ruột. Dù làm mẹ đơn thân với nhiều vất vả, nữ diễn viên cảm thấy hạnh phúc vì con gái luôn ngoan ngoãn, biết giúp đỡ mẹ trong cuộc sống hàng ngày. Mai Phương theo con gái đến trường học. Đầu tháng 9/2019, bệnh tình Mai Phương đột ngột trở nặng. Cô cảm thấy đau, khó thở, phải nhập viện cấp cứu vì ung thư đã di căn vào tim. Các bác sĩ theo dõi, tìm phương án điều trị tốt nhất cho nữ diễn viên. Ốc Thanh Vân cho biết thêm, Mai Phương có lúc thiếp đi vì mệt, còn khi tỉnh táo có thể nghe nhạc, xem chương trình. Sau một thời gian điều trị, cô được cho về nhà. Thời điểm này, Mai Phương luôn giữ tinh thần lạc quan, thậm chí ghi hình chương trình Ký ức vui vẻ. Đầu năm 2020, Mai Phương nhập viện trở lại, nằm điều trị ở phòng hồi sức cấp cứu bệnh viện 175. Ốc Thanh Vân cho biết: “Mai Phương yếu hơn trước, bị kháng thuốc với phác đồ điều trị cũ. Cô ấy kiên cường, cố gắng theo hướng dẫn của bác sĩ”. Tuy nhiên, sức khoẻ của Mai Phương yếu dần, gương mặt tọp, chân phù nề, chảy mủ. Sau đó gia đình đưa Mai Phương về. Đến tối 28/3, Mai Phương trút hơi thở cuối cùng. Mai Phương trong ‘Ký ức vui vẻ’ Phương Hoa – Ngoisao.net