В начале сентября 1941 года, когда вражеское кольцо еще не полностью сомкнулось вокруг Ленинграда, нарком просвещения предлагал Билибину эвакуироваться в тыл. «Из осаждённой крепости не бегут,— ответил художник,— её защищают». В блокадном Ленинграде Билибин жил в подвале Академии художеств, так как его квартира от бомбежки стала нежилой. Умер от истощения и холода. Похоронен в братской могиле профессоров Академии художеств возле Смоленского кладбища.