Vincent was zeer productief in januari en februari, waarin hij werken als La Berceuse en de Zonnebloemen schilderde. Op 7 februari kreeg hij echter weer een inzinking, waarbij hij zich inbeeldde dat hij vergiftigd was. Opnieuw werd hij in het ziekenhuis opgenomen voor observatie. Na een tiendaags verblijf in het ziekenhuis, keerde hij voorlopig weer terug naar het Gele Huis. "Ik hoop voorgoed." (brief 751 (577))
Juist op dit moment hadden een aantal inwoners van Arles een petitie aangeboden aan de burgemeester en de hoofdagent waarin ze hun bezwaren kenbaar maakten over het gedrag van Vincent. Dit leidde tot een gedwongen opname in het ziekenhuis van zes weken. Het was toegestaan om onder begeleiding het ziekenhuis te verlaten om te schilderen en zijn bezittingen op te bergen. Het was een productieve, maar een ontmoedigende periode voor hem. Net als het jaar daarvoor schilderde hij de bloeiende boomgaarden in de omgeving van Arles. Afgezien van het feit dat hij een aantal van zijn beste werken schilderde, realiseerde hij zich dat zijn positie zeer onzeker was. Na overleg met Theo besloot hij tot een vrijwillige opname in de inrichting Saint-Paul-de-Mausole in Saint-Rémy-de-Provence. Op 8 mei verliet Van Gogh Arles.

De inrichting stond Van Gogh onder behandeling van Dr. Théophile Zacharie Auguste Peyron (1827-95). Na Vincent onderzocht te hebben en de dossiers nog eens bekeken te hebben, was Dr. Peyron ervan overtuigd dat zijn patiënt leed aan een vorm van epilepsie – een diagnose die tot op de dag van vandaag een van de meest aannemelijke lijkt. Ondanks de redelijke verzorging in de inrichting was Van Gogh toch ontmoedigd door het geschreeuw van sommige andere patiënten en het slechte eten. Hij vond het deprimerend dat de patiënten overdag tot geen enkele activiteit werden gestimuleerd. Een onderdeel van zijn behandeling bestond uit "hydro-therapie", een regelmatige onderdompeling in een groot bad met water. Ondanks dat deze "therapie" in geen enkel opzicht wreed was, gaf het ook geen enkele positieve bijdrage aan het herstel van de psychische klachten van Vincent.

Na enkele weken bleef de toestand van Vincent stabiel en werd het hem toegestaan om het schilderen te hervatten. Het personeel was enthousiast over het herstel van Van Gogh (of tenminste, dat er geen nieuwe inzinking kwam) en half juni schilderde Vincent zijn tegenwoordig meest bekende werk: De sterrennacht.
Van Gogh's relatieve rust duurde echter niet lang en half juli was hij weer uitgeschakeld door een nieuwe inzinking. Tijdens deze inzinking probeerde Vincent zijn eigen verf in te slikken op grond waarvan hij werd opgesloten en geen toegang meer kreeg tot zijn schildersmateriaal. Hoewel hij snel herstelde, was hij ontmoedigd omdat hem het enige waar hij nog plezier in had, was ontnomen: schilderen. Na een week stond Dr. Peyron het toe dat Vincent het schilderen weer hervatte. Het schilderen leek hem goed te doen en zijn gezondheid verbeterde. Terwijl Vincent gedetailleerd verslag deed in de brieven aan Theo over zijn wisselvallige gezondheid had Theo zelf ook problemen met zijn gezondheid. Theo's gezondheid liet vaak te wensen over en hij was de eerste maanden van 1889 constant ziek geweest.

Van Gogh blijft een jaar in Saint-Rémy en richt een nabijgelegen cel in als atelier. Hoewel hij met tussenpozen last heeft van aanvallen, maakt hij in deze periode 150 schilderijen. Aanvankelijk mag Vincent het terrein van de inrichting niet verlaten en schildert hij de wereld die hij ziet vanuit zijn raam, tussen de tralies door. Ook put hij inspiratie uit irissen, seringen en met klimop bedekte bomen in de tuin. Later krijgt hij toestemming buiten de inrichting te werken en schildert hij de korenvelden, olijfbomen en cipressen uit de omgeving. De strikte leefregels van de inrichting hebben op Van Gogh een stabiliserende invloed: 'Ik voel me hier met mijn werk gelukkiger dan ik hier buiten zou kunnen zijn. Als ik hier vrij lang blijf, zal ik mij beheerster gaan gedragen en op den duur zal dat leiden tot meer orde in mijn leven en minder gevoeligheid.'

Van Gogh kan soms door zijn ziekte of door de weersomstandigheden zijn kamer niet verlaten om buiten te gaan schilderen. In dat geval maakt hij kopieën naar zijn favoriete kunstenaars, zoals Millet, Rembrandt en Delacroix. Daarbij zet hij zwart-wit reprodukties uit zijn prentencollectie om in uiterst persoonlijke kleurencomposities. Hij maakt meer dan twintig kopieën van boerentaferelen van Millet en geeft nieuwe vorm aan de Pietà van Delacroix, waarin de bebaarde Christus enige gelijkenis vertoont met hemzelf. Als Van Gogh tijdens een bijzonder hevige aanval verf doorslikt om zich te vergiftigen, mag hij enige tijd uitsluitend tekenen.
Twee maanden lang was Vincent niet in staat zijn kamer te verlaten en schreef naar zijn zus: "…omdat ik sinds mijn ziekte, in de velden zo vreselijk bevangen word door een gevoel van eenzaamheid, schuw ik het om naar buiten te gaan…" (brief 805 (W14)). Echter een paar weken daarna overwon hij zijn angst en hervatte zijn werk. Millet’s thema van de Zaaier is dan opnieuw een dankbaar onderwerp voor Van Gogh

Tijdens zijn verblijf in Arles en Saint-Rémy stuurt Van Gogh zijn doeken op naar Theo in Parijs. Ondanks zijn ziekte schildert hij in deze periode het ene meesterwerk na het andere, zoals Irissen, Cipressen en De sterrennacht. Theo prijst de nieuwe schilderijen: 'Ze hebben allemaal een kleurenkracht die je nog niet eerder had bereikt [...], maar je bent verder gegaan & terwijl anderen het symbool nastreven door de vorm geweld aan te doen, zie ik dat bij jouw schilderijen in de samenvatting [...] van je gedachten over de natuur en de levende wezens.' Van Goghs werk begint ook anderen op te vallen. De Belgische avant-gardistische kunstkring Les Vingts houdt in 1890 een tentoonstelling waarin plaats is ingeruimd voor zes van zijn schilderijen. Wanneer Van Gogh recent werk exposeert in de Salon des Indépendants - twee doeken in 1889 en tien in 1890 - brengen zijn vrienden in Parijs hem op de hoogte van de uitstekende ontvangst. 'Ik maak u mijn oprechte complimenten, en voor vele kunstenaars bent u op de tentoonstelling de meest opmerkelijke' schrijft Gauguin.

Op 23 december 1889, precies een jaar na het incident met het oor, kreeg Vincent weer een zware inzinking: "…dat mijn hoofd opnieuw in de war is geraakt…"schreef hij in een brief aan Theo (835 (620)). Het was een serieuze inzinking die zeker een week duurde, maar Vincent herstelde vrij snel en hervatte het schilderen. Vanwege zijn verblijf op een gesloten afdeling en het slechte weer richtte hij zich nu hoofdzakelijk op het copiëren van werk van andere kunstenaars. Helaas volgden er nog meerdere inzinkingen in de eerste maanden van 1890, wat leidde tot een steeds geïsoleerder leven van Vincent. Ironisch genoeg, juist in de periode dat de gezondheidstoestand van Vincent steeds slechter werd, kreeg hij eindelijk de eerste positieve kritieken.
In januari 1890 schrijft Albert Aurier in de Mercure de France een gunstige kritiek over Van Goghs schilderijen. Aurier brengt hem in verband met de symbolisten, die samen met andere postimpressionistische groepen als de Nabis veel aandacht zullen krijgen in dit decennium. Van Gogh is geroerd door het artikel, maar ontkracht zijn betekenis als kunstenaar in een brief aan de criticus: 'Want het aandeel dat ik daarin heb of zal hebben, dat verzeker ik u, zal altijd van zeer ondergeschikt belang blijven.'

Na een aantal mogelijkheden te hebben onderzocht, vond Theo het toch het beste wanneer Vincent naar Parijs terugkeerde en zich onder behandeling zou stellen van Dr. Paul Gachet (1828-1909), een homeopathisch therapeut in Auvers-sur-Oise, nabij Parijs. Vincent stemde met de plannen van Theo in en verliet de inrichting in Saint-Rémy om op 16 mei 1890 met de nachttrein naar Parijs te vertrekken.

Van Gogh zei over deze Champs d'Oliviers dat het "een onstuimigheid was van pasteuze brutaliteit en herhalingen".
Het is ook een meesterwerk van blauw-groene harmonie. (Collectie Kröller-Müller Museum, Otterlo, Nederland.)