白求恩在1935年加入了加拿大共产党，曾经访问苏联，看到了那里医疗健康福利的优点，回国后大力推动全民健保，并曾身体力行为穷人免费医疗。

1936年至1937年他到西班牙作为支持国际反法西斯志愿者投身西班牙内战。在此期间他创办了一个移动的伤员急救系统，成了日后被广泛采用的移动军事外科医院的雏形。为了输血以抢救失血过多的伤员，他发明了世界上第一种运输血液的方法。

1938年3月，受加拿大共产党和美国共产党派遣，率领一个由加拿大人和美国人组成的医疗队来到延安。

939年2月，率领18人的“东征医疗队”到冀中前线救治伤员，不顾日军炮火威胁，连续工作69小时，给115名伤员做了手术。有一次，当某伤员急需输血时，他主动献了300毫升的血，并且他还倡议成立并参加了志愿输血队。有些伤员分散在游击区居民家里，他就和医疗队冒着危险去为他们做手术。4个月里，行程1500余里，做了手术315次，建立流动医院。

白求恩在前线，曾多次给毛泽东写信，汇报他的工作情况，对医疗工作提出不少建议。毛泽东也非常关心白求恩的工作和生活。毛泽东在给晋察冀边区聂荣臻司令员的电报中指示：“请每月付白求恩一百元。白求恩报告称松岩口医院建设需款。请令该院照其计划执行。同意任白求恩为军区卫生顾问。对其意见、能力完全信任。一切请视伤员需要斟酌办理。”白求恩很感谢毛泽东对他的关心，他在复电中说：“我自己不需要钱。因为衣食等一切均已供给。该款若是由加拿大或美国汇给我私人的，请留作烟草费，专供伤员购买烟叶及纸烟之用。”

1939年10月下旬，在涞源县摩天岭战斗中抢救伤员时左手中指被手术刀割破，后来给一个外科传染病伤员做手术时受感染。因伤势恶化，转为败血症，医治无效，于11月12日凌晨在河北省唐县黄石口村逝世。他在生命的最后时刻，仍怀着崇敬的心情，想念着毛泽东。他握着周围同志的手说：“请转告毛主席，感谢他和中国共产党给我的帮助。我相信，在毛主席的领导下，中国人民一定会获得解放。”

白求恩去世后毛泽东为了悼念他，专门写了一篇文章《纪念白求恩》。高度评价白求恩伟大的国际主义精神，赞扬他对中国抗日战争和世界反法西斯战争所做的贡献。白求恩毫不利己、专门利人——对工作极端负责任、对同志和人民极端热忱的崇高精神，是中国一代又一代共产党人和人民群众学习的榜样。