In september 1935 verlaat Spilliaert Oostende, hij vestigt zich definitief in het Brusselse. De doorslaggevende reden voor deze stap zijn de pianolessen die dochter Madeleine aan het conservatorium volgt. In Brussel ontdekt hij het park van Wolvendael, het Terkamerenbos en het Zoniënwoud, maar een echte cesuur in zijn kunst brengt deze verhuis niet teweeg. Er valt hem wel snel een grote eer te beurt: in 1936 stelt Spilliaert solo tentoon in het prestigieuze Paleis voor Schone Kunsten.
Vanaf 1937 bezoeken Léon en Rachel in de Hoge Venen het buitenverblijf van jurist Adolphe Van Glabbeke, een vriend sinds 1930, en later minister en Oostends burgemeester. De uitgestrekte, ongerepte natuur bevalt Spilliaert en vooral bomen worden het motief bij uitstek in zijn latere oeuvre.
De broers Luc en Paul Haeserts betrekken Spilliaert bij hun nieuwe Brusselse kunstgroep Les Compagnons de l’Art. In augustus 1937 trouwt zijn dochter Madeleine met Tony van Rossum, en op 13 september 1939 wordt Spilliaerts eerste kleinkind, Irmingarde van Rossum, geboren.
Ook tijdens de oorlog blijft het gezin van woonst veranderen. In mei 1940 valt Oostende ten prooi aan een Duits bombardement. De regio rond de Kapellestraat is zwaar getroffen. Niet alleen Spilliaerts ouderlijke huis, ook het stadhuis waar zijn werk naast dat van Ensor, Khnopff en anderen hangt, wordt vernietigd.
Ondanks zijn slechte gezondheid en de oorlog maakt Spilliaert ook na zijn zestigste nieuwe werken. Pierre Vandervoort feliciteert hem vanuit Oostende, een sinistere stad aan een sinistere kust, aldus de bevriende architect.1 Spilliaert schreef voordien: ‘Na de oorlog zal alles prachtig herleven tussen twee golven.’2 Ondertussen leest de kunstenaar fervent de dagboeken van Eugène Delacroix.
In zijn laatste tien levensjaren overheerst het motief van de bomen bij Spilliaert. Nu eens zijn het repetitieve stammen als een enigmatisch boszicht, dan weer tekenen takken zich als kalligrafische lijnen af tegen de hemel, gekadreerd en los van hun stam en wortels.
Spilliaert ontwikkelt ook een nieuwe pentechniek. Geduldig maakt hij met honderden fijne, korte pennentrekken arceringen en geometrische vormen op zijn blad. Landschappen, zoals het park Wolvendael, blijven hem fascineren. Vanaf 1944 werkt hij bijna uitsluitend met deze techniek, zowel voor zijn bomen als voor een aantal Oostendse zichten. Als ondergrond hanteert hij een lichte aquarel.3 In mei 1944, tegen het einde van de oorlog, kan hij veel van de bomencomposities tentoonstellen in het Paleis voor Schone Kunsten.
De laatste tien jaar van zijn leven lijdt Spilliaert aan de hartziekte die hem in 1946 zal vellen. Een dag voor zijn dood, op 22 november, wil Spilliaert terug naar Oostende. Hij zal er bij leven niet meer geraken. Hij overlijdt op 23 november en na een mis in Elsene wordt hij op 27 november 1946 begraven in Oostende.