Състоянието на дон Карлос обаче продължава да се влошава и това разтревожва баща му, че той незабавно пристига от Мадрид заедно с многоуважавания брюкселски анатом Андреас Везалиус. Везалиус, чиито испански колеги го гледат с подозрение, всъщност е лекар на нидерландците в двора на Фелипе II, а не негов личен лекар. „Кралят доведе със себе си от Мадрид д-р Везалиус (доста известен с отличните си умения), чиято голяма ученост и полезност испанците не признават, «quia figulus odit figulum»92.“ — докладва Чаланър в своята родина (Calendar of State Papers, Elizabeth, 1562. Foreign. Ed. 1869, p. 28). Везалиус несъмнено познава д-р Даса Чакон, защото и двамата са извикани, когато крал Анри II Френски получава смъртоносно мозъчно увреждане по време на един турнир през 1559.
Фелипе II присъства лично на третирането на раната на сина му с една странна билкова отвара от ирис и вълча ябълка на прах, след което нараненото място е намазано с мехлем от терпентин и жълтъци; отгоре е положен слой пчелен мед, събиран от розов цвят, и лапа от ранилист. Но дон Карлос си остава тежко болен. Чаланър съобщава на кралица Елизабет Английска:
„На следващия ден, който се случи Възнесение Господне, лицето на принца започнало да подпухва и лекуващият го лекар му дал слабително средство, което му подействало цели четиринадесет пъти — твърде много, за да го понесе, дори да беше два пъти по-добре физически. След обяд на същия ден подпухналостта на лицето му се засилила, като по него се появили и пъпчици, възпаление, наречено червен вятър, което засилило опасенията на лекарите и потиснатостта на баща му. В петък, 8 май, състоянието на принца се подобрило, а раната на главата му се затворила и засъхнала. На следващия ден обаче — събота [9 май], подпухналостта на лицето му отново се увеличила и очите му направо се затворили, поради което, когато кралят го посетил, бил принуден да повдигне с пръсти клепачите му… Отокът обхванал първо лявата част на лицето, лявото ухо и око, а след това дясната, така че абсцесът покрил цялото му лице, разпрострял се и по шията, гърдите и ръцете.“ (Calendar of State Papers, Elizabeth, 1562. Foreign. Ed. 1869, p. 29–30).
Лекарите решават, че принцът е твърде слаб, за да му пускат кръв, но му поставят вендузи и пак му дават очистителни. Д-р Везалиус предполага, че пациентът има вътрешен кръвоизлив и препоръчва да се направи трепанация на черепа, но някои от неговите колеги не се съгласяват с това и се стига до компромисно решение — да ругинират, тоест да остържат черепа, за да отстранят забралите тъкани.
Така дон Карлос все още се намира в много тежко състояние. Налага се близките му да доведат в болничната му стая известен мавърски лекар от Валенсия — Пинтарет, който намазва раната с някакви мехлеми. Но „раната отива на зле, защото черният мехлем така я изгаря, че черепът на принца става мастиленочерен“, и Пинтарет е изгонен. Започват молитви за изцелението на принца, светите мощи от църквите са изнасяни пред богомолците и както съобщава сър Томас Чаланър, „състояха се тържествени религиозни шествия, в които участваха всички монашески ордени в страната и на които се носеха изображения на Дева Мария и на светците“. Като последна мярка са донесени тленните останки на един блажен монах, Фра Диего, който е тачен за неговата святост и е спечелил славата си като проповедник на християнството на Канарските острови. Тялото на светия монах престоява цяла нощ в леглото на принца.
Въпреки всичко смъртта на принца се очаква до дни. „Бледото му лице, казва на флорентинския посланик племенникът на папата, граф Анибале д’Емпс, говори само за едно — за приближаването на смъртта“. Кралят не крие своята дълбока и искрена скръб — очите му са пълни със сълзи. Херцогът на Алба не напуска спалнята на принца дори когато трябва да се преоблече. „Макар че обноските и характерът на принца издават неговата жестокост и враждебност и всички се страхуват от него и го мразят, фактът, че той е единственият законороден син на своя баща ги разнежва, и те изпитват по-силни чувства заради вероятната му загуба“ — отбелязва с присъщия си реализъм Чаланър.
Смазан от скръб, кралят се оттегля в манастира „Санто Херонимо“, като възнамерява (в случай че принцът почине) да се премести в някоя още по-усамотена обител. Той си поръчва траурно облекло и дава указания на херцога на Алба и на графа на Ферия за евентуалното погребение на принца.
Но здравословното състояние на Карлос изведнъж започва да се подобрява, което за неговите съвременници е истинско чудо. На 16 май вероятно Везалиус, макар че Даса Чакон предпочита да се доверят на д-р Педро де Торес, извършва нова операция за изтегляне на гнойта — „гъста бяла субстанция“, която се е събрала под лявото око на принца (и се разпространява до дясното). Тази процедура е направена още няколко пъти и дон Карлос започва да показва реални признаци на възстановяване. На 22 май треската му вече е преминала и на 1 юни английският посланик докладва в родината си, че „престолонаследникът на Испания е вече напълно възстановен и потъналата в скръб страна е обзета от радост и веселие“. На 14 юни Карлос става от леглото, присъства на тържествената литургия и получава причастие. Раната на главата му се третира с пудра от кората на нарово дърво, но останалият белег зараства бавно. На 5 юли принцът се покланя на светите мощи на блажения Диего, а след това присъства на борби с бикове, проведени на централния градски площад93, където се състои и „представление на играта с копия“. На 17 юли принцът се завръща в Мадрид при кралското семейство.