宴会上，王国维为门生谢国桢及其朋友著青在扇面上各题诗一首，后又为同学们侃侃而谈蒙古杂事。自从1925年接受清华教职以后，王国维改攻西北地理和元史，两年来著作颇丰。平时十分缄默的王国维，此时似乎兴致非凡，学生们很受感染，觉得老师正当盛年，学养深厚，治学兴趣如此之高，日后如能继续受教，定当收益良多。席间有个别学生有感时局动乱而发叹息，但并没有影响到整个聚会的氛围。午后，宴会结束，王国维拜访陈寅恪，两人同属清华国学研究院四大导师之列。当晚，学生刘节与谢国桢去了王国维家里 清华西院18号，问疑阴阳五行的起源，并讨论日本人研究天干地支的得失问题。其后，说起眼下的时局，王国维神色黯然，说到冯玉祥即将入京，张作霖想率兵总退却以保卫山海关以东地区的时候，王国维说：“北京日内有大变。”
王国维的意志消沉可能和当时北平《世界日报》晚刊上刊登的《戏拟党军到京所捕之人》有关，这篇文章上面赫然有王国维的名字，虽说是“戏拟”，难免使人惴惴不安。自1927年初至5月底，国内政治形势动荡，北伐军在南方节节胜利，清华园内的教授们都很不安，如梁启超就在连续发表的《给孩子们书》专栏文章中写道：“近来耳目所接，都是不忍闻不忍见的现象 现在南方军人确非共产派，但他们将来必倒在共产派手上无疑。现在南方只是工人世界，智识阶级四个字已成为反革命的代名词。”“北京正是满地火药，待时而发，一旦爆发，也许比南京更惨。希望能暂时弥缝，延到暑假。暑假后大概不能再安居清华了。”
6月2日，天色微亮，王国维照常起床，潘氏夫人服侍他洗漱之后，和当时在家的三子贞明、女儿东明共进早餐。餐毕，王国维去书房整理了一下书，然后独自出门，往研究院公事房去了。8时许，王国维到公事房，猛然想起已经批改完的学生成绩本没带，就让院里的听差去家里拿。然后，与研究院办公处同事侯厚培商谈下学期招生的事情。谈完之后王国维向侯借两元钱，侯身上没有零钱，随手给了他一张5元的钞票。王国维一向不理财，当时清华给他的薪水是每月400元，已经算是高薪阶层了，不过他领到工资之后就直接交给潘氏夫人分配使用，平时身上从不带钱，只有去买书的时候才会向夫人取用。
王国维拿了钱出公事房，在院里吩咐听差雇洋车，正好轮着35号车当值，王国维上车坐定后，即吩咐车夫往颐和园方向而去。钟到达颐和园，王国维买票入园，并给了车夫5角钱，让他在园外等候。王进得园内，径直走向石舫，在石舫前坐了良久，后漫步进入鱼藻轩，从怀中取出纸烟，慢慢抽起来，烟尽火灭，他一纵身跳进了昆明湖。
原本在远处忙碌的园丁听到落水声，急忙赶来下水打救。水很浅，但湖底的淤泥很深，只见王国维头入泥中，费力捞起后，口鼻之中全被污泥塞满，探摸鼻息，已经咽气，这时距园丁听到落水声不过几分钟而已。下午3点钟，35号车夫仍在园外等候，看门人觉得奇怪，问他为何一直待在这里，车夫说在等进园的一个老人。看门人问了车夫所等老人的体貌特征后告诉他，这个人已经投湖自杀了，并带他进园内确认。车夫看到王国维遗体后急忙赶往清华大学报信，路上正碰到骑自行车来寻找父亲的王贞明。
当天夜里，清华大学的校长、教务长及研究院教授、助教一行三十多人，开车急奔颐和园察视遗体。第二天一早便发放了讣告。下午1点多，清华大学的学生先赶到颐和园，由园丁带到鱼藻轩。王国维的遗体自打捞起来后就停放在了这里，上面盖了一方芦席，四个边角以四块砖镇着。园丁把芦席刚一揭开，学生们就不由得失声痛哭，眼前的王先生已经断气二十多个小时，面目紫肿，四肢蜷曲，匍匐地上，惨不忍睹。学生们想起先生前日风采，又瞻其眼前遗容，不由悲从中来，恸声不止。
不久，家属和学校办事人员陆续赶到，验尸官却迟迟没到。天气渐渐热了起来，阴云密布，雷声大作，但没有雨。下午4点多，法官带着验尸官姗姗而至，简单查问后，开始检验。王国维当天穿着一贯的马褂、长袍、汗巾和布鞋，从他衣袋中寻出了4块多钱和一封遗书，遗书的纸已湿透，字迹仍完好。信封上写着：“送西院18号王贞明先生收。”遗书上写着：
五十之年，只欠一死;经此世变，义无再辱!我死后，当草草棺敛，即行藁葬于清华园茔地。汝等不能南归，亦可暂于城内居住。汝兄亦不必奔丧，因道路不通，渠又不曾出门故也。书籍可托陈(寅恪)、吴(宓)二先生处理。家人自有人料理，必不至不能南归。我虽无财产分文遗汝等，然苟谨慎勤俭，亦必不至饿死。五月初二日，父字。“五月初二日”是阴历，即公历的6月1日。很明显，遗书是自尽前一天，即国学研究院师生叙别会召开的那一天写好的。
验尸完毕后，学校的杂工即将遗体移到颐和园西北角门外以前内庭太监住的三间小屋里入殓。傍晚7点多的时候，才扶棺到清华校南成府的刚秉庙停灵。当天，到场送殡的除了研究院的学生外，还有清华大学的教授梅贻琦、吴宓、陈寅恪、梁漱溟、陈达及曾受蔡元培之托三邀王国维任教北大的马衡、燕大的容庚等。
王国维逝世当天，其外甥、清华研究院助教赵万里给在天津的罗振玉拍了电报：“师于今晨在颐和园自沉，乞代奏。”罗振玉与王国维是30多年的好友，而且是儿女亲家(王之长子潜明娶罗之第三女)，听闻噩耗甚为悲痛，准备亲来北京清华园吊唁，家人恐怕他来后时局有变故，极力阻拦。无奈，罗振玉只好派其子赴京奔丧。电文中所谓“代奏”，是请罗向驻驾天津的溥仪报告死讯。曾经的清帝溥仪15年前已经退位，13年前，被冯玉祥逼出故宫，12年前由日本便衣警察护送到天津日租界。罗振玉曾担任清廷学部参事，王国维曾任“南书房行走”一职，虽然时过境迁已久，但二人一直与溥仪保持君臣之义。
6月7日，罗振玉据情上奏溥仪，并代递了一封遗折，这封遗折在当时掀起了轩然大波，人们对王国维的死因众说纷纭。其实这封遗折是罗振玉感念他与王国维的友谊，对于两人失和之事甚感愧疚，为了弥补自己的歉意，不惜冒着欺君的罪名为他谋求谥法，因此让他的第四个儿子模仿王国维的笔迹作了个“遗折”。溥仪看过“遗折”后大受感动，发出一道上谕，说王国维“孤忠耿耿，深恻朕怀”，于是特“著加恩予谥忠悫”。派贝子溥伒当天前往祭奠，赏给陀罗经被和两千银圆治丧。三个月前，康有为猝死青岛，门生们曾向溥仪申请谥号“仁忠”，但遭拒绝。可见溥仪对王国维的“殉清”相当看重。
王国维的家人遵照他的遗命，于阴历五月十七日(公历6月16日)申刻卜吉营葬将灵柩下葬。当天下雨，道路非常泥泞。由于正值暑假期间，研究院很多学生都放假回家了，送葬的只有包括校长在内的几十人。墓地选在了清华园往东二里的七间房，在田间高处的麦垄中，深约六七尺，宽三四尺、长约丈余，以西门汀筑成。棺木放在中间，上面放了一块石板，用泥土堆起来，葬礼完全是按照北方的习俗办的。坟是由清华的泥水匠做的，上面立了一个碑，上书宣统皇帝的谥号“王忠悫公”，坟地四面都种上了树。
罗振玉又在天津设“忠悫公”灵位公祭，随后赴京，参与处理后事，并送上一份在亲友中间数额最高的葬礼银1000元。事后，罗振玉主持了王国维遗著的校理和编辑出版工作，一年内，将其已刊和未刊的著作分编四集，以《海宁王忠悫公遗书》为书名出版。两年后，清华研究院同仁请陈寅恪为王国维撰写碑文。陈为王国维写下墓志铭：“先生之著述，或有时而不章;先生之学说，或有时而可商，惟此独立之精神，自由之思想，历千万祀与天壤同久，共三光而永光。”