多くの読者が抱く「ちいちゃんは結局なぜ命を落としたのか」という疑問に対し、作中では「餓死」という直接的な言葉は一切使われていません。しかし、文章中に散りばめられた克明な衰弱描写を丁寧に追っていくと、極度の栄養失調と脱水症状による衰弱死（餓死）であったことは明白です。
空襲の炎から逃げ延び、変わり果てた町の中で一人ぼっちになったちいちゃんは、かつて家族と暮らした家の焼け跡にある防空壕へと辿り着きます。その手元にあった食糧は、母とはぐれる直前に持っていたわずかな「ほしいも」だけでした。幼いちいちゃんは、お腹が空くたびに硬いほしいもを少しずつかじりながら、母や兄の帰りを待ち続けます。
しかし、わずか数切れのほしいもと防空壕に残された雨水程度では、幼児の生命を維持することは不可能です。日を追うごとにちいちゃんの体力は奪われ、作中では次のような決定的な身体の変化が描かれます。
「おなかがすいて、目がかすみ、耳の中で風のような音がする」
「体がすうっと軽くなって、空に吸い込まれそうになる」
小児医療や法医学の知見に照らし合わせても、飢餓状態に陥った人間が辿る典型的な終末期症状です。血糖値の異常低下によるめまい、意識障害、そして循環不全。防空壕という暗く冷たい空間のなかで、誰にも看取られることなく、ちいちゃんの小さな命の火は静かに消えていきました。児童文学としての配慮から凄惨な肉体破壊の描写は避けられているものの、描かれている事実は紛れもない戦災孤児の餓死という冷酷な現実でした。
