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馬偕來台灣八年，便在北台灣建立了二十所教會，感動了許多人，紛紛捐款，支持他在淡水建立訓練宣教士的學校。當他重返淡水，立即選定了牛津學堂的現址，親手規劃、監工，興建校舍，成立了當時最先進的西式學校，也是台灣教育史上最久的學校。

牛津學堂建立的四年後，在它的東鄰出現了台灣第一間女子學校「淡水女學堂」。馬偕看到台灣社會重男輕女，女性幾乎都是文盲，便決定創立這所學校。但是當時的人都覺得「女子無才便是德」，願意來就讀的人很少。為了吸引學生，馬偕還補貼學生路費，也不限制入學年齡，第一年卻只招收到三十四名學生，大半是來自宜蘭的噶瑪蘭人。儘管學生不多，但女學堂的建立，對提升女性的地位與教育水平功不可沒。

長期的講道和教學工作，馬偕終於病倒了－－他患上了喉癌。

1901年5月31日，馬偕自知病危，在半夜勉強撐著虛弱的身體，走到學堂擊鐘，想召喚學生上最後的一堂課。可是他的喉嚨早已潰爛，無法出聲，只能夠在黑板書寫他想說的話。學生們看著受盡折磨的馬偕老師仍然努力的揮著筆，個個泣不成聲。

1901年6月2日，馬偕病逝於淡水，享年五十七歲。家人遵其遺囑，把他安葬在淡水，也就是今日的淡水馬偕墓園。馬偕留下了兩個女兒、一個兒子，女兒都嫁作台灣婦，兒子亦埋骨台灣。至今，居住在加拿大的馬偕後人仍有會說台語的。