Фильм имел большой успех. Эйзенштейн получил орден Ленина, учёную степень доктора искусствоведения (без защиты диссертации), а позднее и Сталинскую премию.
Сергей Михайлович продолжал работать над фундаментальным исследованием «Монтаж». Однако снимать ему долгое время не удаётся. Правда, в ноябре 1940 года Эйзенштейн выпускает в Большом театре премьеру оперы Вагнера «Валькирия», этот музыкальный символ немецкого национального духа. Вагнера Эйзенштейн любил с детства. Его дневники в пору пакта о ненападении полны ужаса и тревоги по поводу сближения с фашистской Германией. И всё же он ставит «Валькирию»…
Свой последний шедевр — «Иван Грозный» — режиссёр создавал в течение шести лет — с 1941 по 1946 год. За первую серию он получил Сталинскую премию, вторая серия была запрещена и вышла в 1958 году; съёмки третьей прекращены.
Работа над фильмом началась в Москве, затем была продолжена в Алма-Ате, куда в 1942 году в связи с войной эвакуировалась студия «Мосфильм». Главную роль вновь сыграл Николай Черкасов.
В Казахстан Эйзенштейн приехал с сундуком рукописей и библиографических раритетов. Книги были его страстью. Дома книги громоздились начиная от прихожей: на верху вешалки для пальто, на полках, на столах, стульях — повсюду: философия, живопись, психология, теория юмора, история фотографии, словари сленга и арго, цирк, карикатура…
Он рано полысел, не по возрасту слегка обрюзг — больное сердце! — но несмотря на это отличался удивительной подвижностью.
Монтаж «Ивана Грозного» был завершён в Москве. Картина, вышедшая на экраны в начале 1945 года, была признана эталоном исторического произведения. «Фильм Эйзенштейна „Иван Грозный“, который я увидел после второй мировой войны, — писал Чарлз Чаплин в книге „Моя биография“, — представляется мне высшим достижением в жанре исторических фильмов. Эйзенштейн трактует историю поэтически, и, на мой взгляд, это превосходнейший метод её трактовки».
Финал первой серии — крестный ход к Александровой слободе — один из самых запоминающихся в истории кинематографа. Бесконечно тянущаяся вдаль чёрная людская лента на белом снегу необычайно эффектна и красива. Это Москва тянется крестным ходом к царю, в добровольное его изгнание, чтобы молить о возвращении.
Материал был настолько обилен, что Эйзенштейн решил вторую серию разбить на две. Он полностью отдаётся этой грандиозной исторической эпопее.
Вторая серия, получившая название «Боярский заговор» и подзаголовок «Един, но один», завершалась убийством Владимира Старицкого и пиром опричников. Третью же серию, включавшую драму Басмановых, сцену исповеди, смерть Курбского, Ливонскую войну и выход к морю в финале, Эйзенштейну снять не удалось. От неё осталось всего несколько небольших сцен.
Начало 1946 года в жизни режиссёра было отмечено присуждением ему Сталинской премии за первую серию «Ивана Грозного» и… инфарктом миокарда. В Кремлёвской больнице и позднее в санатории «Барвиха» под Москвой Эйзенштейн интенсивно работал над мемуарами. Широко известны его теоретические исследования — «Неравнодушная природа» и «Метод».
При жизни Эйзенштейна продолжение «Ивана Грозного» на экраны так и не вышло. Во второй серии режиссёр размышлял о жестокости власти и о том, что диктатор неизбежно расплачивается одиночеством и муками совести. 24 февраля 1947 года Сталин в беседе с Эйзенштейном и Черкасовым заметил, что Грозный был крупным государственным деятелем, опричнина — прогрессивным воинством. Главной же ошибкой Грозного было то, что он не уничтожил всех бояр, что он боялся Бога. Сталин рекомендовал переделать фильм в соответствии со своим пониманием.
Однако Эйзенштейн не спешил переделывать вторую серию. Чудом сохранившийся негатив картины в авторском монтаже был извлечён на свет только после смерти Сталина…
В ночь с 10 на 11 февраля 1948 год новый сердечный приступ настиг Эйзенштейна во время работы над статьёй «Цветовое кино». Предпоследний инфаркт случился с ним, когда он танцевал на вечере с актрисой Марецкой. На этот раз сердце его остановилось навсегда.
На столе лежала страница последней рукописи Эйзенштейна. Он писал о Пушкине, о Гоголе, о цвете. Одна строка на листке изломана: «Здесь случилась сердечная спазма. Вот её след в почерке». Внизу страницы слова: «Мать-Родина…»
Рассказывают, что мозг Эйзенштейна, умершего в пятьдесят лет, поразил специалистов: это был не только огромный, но и молодой мозг, без каких бы то ни было признаков одряхления.