دوره سوم نزدیک 6 سال امامت آن حضرت می باشد.
معتمد در ربیع الاول سال 260 هجری قمری بوسیله یکی از نزدیکانش امام حسن عسکری(ع) را با زهر مسموم نمود. امام در اثر آن ، چند روز در بستر بیماری قرار گرفتند و در این ایام معتمد پیوسته پزشکان درباری را بر بالین امام می فرستاد تا آن زهری که به آن حضرت داده بودند بر مردم معلوم نشود و نزد مردم ظاهر سازند که حضرت از بیماری طبیعی رنج می برد.
از طرفی ضمن مداوای حضرت و کسب وجهه عمومی اوضاع و شرایط را زیر نظر بگیرند و رفت و آمدها را به کنترل در بیاورند اگر صحنه مشکوکی در رابطه با جانشینی و امامت پس از امام حسن(ع) دیدند آن را گزارش کنند.
مرحوم شیخ طوسی و برخی دیگر از بزرگان ، به نقل از قول اسماعیل بن علی - معروف به ابوسهل نوبختی حکایت میکنند: در آن روزهایی که امام حسن عسکری علیه السلام در بستر بیماری قرار گرفته بود که در همان مریضی هم به شهادت نائل آمد به ملاقات و دیدار حضرت رفتم پس از آن که لحظه ای در کنار بستر آن امام مظلوم با حالت غم و اندوه نشستم و به جمال مبارک حضرتش می نگریستم.
ناگاه دیدم حضرت، خادم خود را (که به نام عقید معروف و نیز سیاه چهره بود) صدا کرد و به او فرمود: ای عقید! مقداری آب به همراه داروی مصطکی - بجوشان و بگذار سرد شود. همین که آب ، جوشانیده و سرد شد، ظرف آب را خدمت امام حسن عسکری علیه السلام آورد تا بیاشامد.
موقعی که حضرت ظرف آب را با دست های مبارک خود گرفت، لرزه و رعشه بر دست های حضرت عارض شد، به طوری که ظرف آب بر دندان های حضرت می خورد و نمی توانست بیاشامد. آب را روی زمین نهاد و به خادم خویش فرمود: ای عقید! داخل آن اتاق برو، آن جا کودکی خردسالی را می بینی که در حال سجده و عبادت می باشد، بگو نزد من بیاید. خادمِ حضرت گفت : چون داخل اتاقی که امام علیه السلام اشاره نمود، رفتم کودکی را در حال سجده مشاهده کردم که انگشت سبّابه خود را به سوی آسمان بلند نموده است، بر او سلام کردم، آن حضرت نماز و سجده را مختصر کرد. پس از پایان نماز عرض کردم که آقای من می فرماید شما نزد او بروید.
در همین لحظه ، کنیزی صقیل نام نزد آن فرزند عزیز آمد و دست کودک را گرفت و پیش پدرش برد ابوسهل نوبختی گوید: هنگامی که کودک که بسیار زیبا و همچون ماه نورانی بود موی سرش به هم پیچیده و مجعد است و ما بین دندان هایش گشاده است.
نزد پدر آمد، سلام کرد و همین که چشم پدر به فرزند خود افتاد، گریست و به او فرمود: ای سید اهل‌بیت خود مرا آب بده، همانا من به سوی پروردگار خویش می روم. آن کودک قدح آب جوشانیده را به دست خویش گرفت و بر دهان پدر گذاشت و او را سیراب کرد.
آنگاه فرمود: مرا آماده کنید که می خواهم نماز بخوانم، پس آن کودک حوله ای را که در کنار پدر بود، روی دامان امام علیه السلام انداخت و سپس پدرش را وضوء داد و چون حضرت ابومحمّد، امام عسکری علیه السلام نماز را با آن حال مریضی انجام داد، روی به فرزند کرد و فرمود: پسرم بشارت باد تو را که تویی مهدی و حجّت خدا بر روی زمین و تویی پسر من و منم پدر تو و تویی (م ح م د) بن الحسن بن علی بن محمد بن علی بن موسی بن جعفر بن محمد بن علی بن ابیطالب و پدر توست رسول‌خداص و تویی خاتم ائمه طاهرین و نام تو همنام رسول خدا است و این عهدی است به من از پدرم و پدران طاهرین تو صلّی الله علی اهل البیت ربّنا، انّه حمیدٌ مجید و در همان هنگام به شهادت رسید.
بعد از آگاه شدن شیعیان از خبر درگذشت جانگداز حضرت امام حسن عسکری (ع) هاله اى از غم و بهت زدگى فضاى سامرا را فرا گرفت و از هر سوی صدای ناله و گریه برخاست. مردم آماده سوگواری و تشییع جنازه آن حضرت شدند.
پس از آنکه امام چشم از جهان فرو مى بندد، معتمد دستور مى دهد خانه او را بازرسى کنند و کنیزانش را زیر نظر بگیرند. او نمى دانست خداوند خود رساننده فرمان و کار خویش است و امام منتظر بیشتر از پنج سال است که به دنیا آمده و از دید جاسوسان مخفى شده است و برگزیدگان شیعه با وى بیعت کرده اند.
احمد بن عبید الله در روایتى این صحنه را چنین وصف کرده است:
وقتى امام عسکرى علیه السّلام رحلت کرد، صداى شیون و فریاد همه جا را فرا گرفت. مردم فریاد مى‌زدند: ابن الرضا رحلت کرد. آنگاه براى تدفین آماده شدند، بازار به حال تعطیل درآمد. پدر من (وزیر معتمد عباسى)، بنى هاشم، شخصیتهاى نظامى و قضایى و منشیان و مردم به سوى جنازه هجوم آوردند، آن روز در سامرا قیامتى برپا بود.
امام حسن عسکرى علیه السلام در آخرین وصیت خود بر دو بینش بسیار مهم تأکید کردند: