长期的劳累，严重损害了马克思的健康。这位54 岁的“伦敦老人”也确实衰老了，乌黑的头发和鬓须明显花白，只有上唇胡须还依然乌光发亮而显出其矍铄的精神来。
过度使用脑力而引起的剧烈头痛和严重失眠常使马克思不得不中断工作。在医生的劝导下，马克思曾到几个疗养地做过短期疗养，但效果不明显。为此医生不得不限定他的工作时间，每天不得超过4 小时。不能尽情工作，这对马克思来说真是极大的痛苦。但他的健康状况却越来越差。1873 年年底，马克思脸部等处又长了许多痈，动了手术；不久，原先没有痊愈的肝病又急性发作，使马克思几乎完全丧失了工作能力。医生坚持要马克思到离伦敦较远的卡尔斯巴德去疗养，因为那里的矿泉水对马克思恢复肝功能和治疗过度疲劳的神经系统会有疗效。
马克思本不愿去卡尔斯巴德，一来是考虑路途遥远，花费太大；二是担心会遭到奥地利政府的驱逐。但又考虑到不去治好病万事皆空。这时马克思的小女儿爱琳娜患病，医生也劝她去卡尔斯巴德疗养。为了心爱的女儿，马克思就决定同女儿一道前往。
卡尔斯巴德是一个景色幽美、气候宜人的疗养胜地，在它的城堡山街，有一座较豪华的旅馆“日尔曼尼亚旅馆”。1874 年8月19 日，在旅馆的疗养登记簿上，出现了一个“食利者查理·马克思”的名字。这是马克思为了迷惑奥地利警察而用的化名。
自从《共产党宣言》发表后，特别是经过了“国际”的10 年斗争，马克思的名字已经响彻整个欧洲。在统治阶级的眼里，它简直“恶名昭著”，已成为危险可怕的代名词，必欲去之而后快。
马克思深知这一点，为了能安安静静地养病，避免不必要的麻烦，就用了“食利者查理”这个化名，并在生活上保持了“显贵的外表”。尽管如此，10 多天后，马克思的行踪仍为反动派所知晓。
8 月30 日，维也纳的一家报纸《喷泉报》披露了马克思的真实身份，“‘国际’的多年的领袖马克思和俄国虚无主义者的首领，即波兰拉特伯爵，一起到卡尔斯巴德疗养来了”。从此以后，马克思在卡尔斯巴德的行动就受到了奥地利警探的监视。但马克思已经缴纳了疗养税，又没有其他把柄可抓，奥地利政府一时也对他无可奈何。
马克思按计划在卡尔斯巴德疗养了一个多月。他与爱琳娜严格遵守医生规定的生活制度，每天定时起床，定时到各自的矿泉去喝矿泉水，定时进餐、散步、就寝。生活有规律，玩得也愉快。
马克思是一个很使人喜欢的旅伴。他总是那么风趣幽默，兴致勃勃，不管是美丽的风景还是一杯啤酒，他都能尽情地享受。他的历史知识非常渊博，每到一个新的游览地点，他都能把这个地方过去的情形描绘得比其他同路人见到的更生动。
经过疗养，马克思的病情大为好转，肝功能逐渐恢复。一个月后，马克思结束了在卡尔斯巴德的疗养，返回伦敦。途中，又在德累斯顿、莱比锡、柏林和汉堡停留了两个星期，做了些补充治疗，并且会见了德国社会民主党的一些领导人和活动家，商谈了一些党内事务和同拉萨尔主义作斗争的问题。
经过几十年艰苦卓绝的斗争，马克思虽然只能经历那个由巴黎公社开始的新时代的初期，然而，老人看到了他们和国际工人协会播下的种子已经发芽了。马克思的思想已经在越来越多的国家生根。这些思想已开始被群众掌握而变成了一种物质和精神的合力，世界上没有哪种政权能够忽视它。1871 年，倍倍尔和李卜克内西把马克思的画像同朱泽培·加里波第及维克多·雨果的肖像一起在莱比锡春季博览会上展出。李卜克内西写信给马克思说：“虽然你自己不争名，可是你毕竟逐渐地成了‘当今的英雄’。”
1872 年，为了德国的需要，必须准备出《资本论》的修订再版了，计划印3000 册。人们对《资本论》的兴趣在不断增长。
1871 年4 月，马克思收到李卜克内西的信：“德国全国各地都在根据你的《资本论》作关于剩余价值和标准工作日的报告。在工作日问题上将进行一次群众运动。”这些以及诸如此类的消息，使马克思和妻子燕妮深深地感到，他没有白费力气，她也没有白过这些年的贫穷日子，工人们在为一个没有剥削、没有压迫的社会制度而斗争时正学着把《资本论》当作进攻武器。“老人”的心中得到了最高的奖赏。
朋友们一再催促马克思快点完成《资本论》的后面几卷。这虽然符合他本人的心愿，但是困难重重。校订工作是不能不做的，更重要的是对各国的工人革命运动的指导。
马克思的病情日趋恶化。他在1872 年之后的几年里顶住疾病的侵扰，还断断续续地撰写《资本论》第二、第三卷的草稿，只要感觉有点好转就把精力用于《资本论》的研究上。
晚年，马克思研究的科目之多和使用过的材料之浩瀚是同样惊人的。仅仅在俄国统计学方面，他所阅读的书籍，恩格斯就能给他开列出一大堆，其体积超过两立方米。马克思为写作《资本论》，研究了财政金融、农业史和农业学方面的所有重要现象，此外他还研读了地质、生理和数学方面的许多书籍。
直到1878 年，马克思已花甲，但他的学习劲头仍不减当年。
从这年起至逝世前，他专心系统地钻研数学，研究并摘录了拉克鲁瓦、麦克曾林、欧勒、波茨的论文，还在专门的笔记本上写了大量的札记。
马克思还仔细研究了古典数学家笛卡尔、牛顿、莱布尼茨等人的著作，继续探讨19 世纪60 年代就已开始的数学分析，阅读了数学分析和高等代数方面的许多大学教科书，研究并摘录了索里、布沙尔拉、欣德、霍尔、赫明等人的著作。
19 世纪80 年代初，马克思在学习和研究的基础上写了《论导函数概念》《论微分》等论文。这时恩格斯正在写作《自然辩证法》，为此马克思把《论微分》献给了恩格斯，他在存放手稿的袋封上写着：“给弗里德。”
恩格斯看了马克思写的论文和札记，发现他在数学方面也很“精通”，也有其“独到的发现”。