1月13日清晨，******像往常一样7点左右就醒来了，身体也未表现出任何异状。因此，******准备去参加上午的国民党中常会。但******没有用早餐，就让王家骅给他读报。王家骅便将事先从《联合报》、《中国时报》、《中央日报》及《青年日报》中选好的重要新闻，读给斜靠在床上的******听。王家骅读完后说：“报告先生，现在才8点多，离常会开会时间还早，您先休息一下吧。”******回答说：“好。”
过了一会儿，******把王家骅叫来说：“昨天没睡好，精神不大好。东西也不想吃，今天常会有什么议题啊？”其实，******是知道有什么议题的，他这样问说明他在考虑是否亲自去主持会议。王家骅当然明白******的意思，于是就说：“那今天常会是不是不要去了，您昨天没睡好，留在家里多休息。”
******回答道：“这不大好吧，我上个礼拜常会就没去了。”他担心外界是否又要把他的身体状况当话题。王家骅建议说：“这倒没关系，您现在休息，精神好了下午出去打个转，找秘书长谈谈；不然礼拜六到复兴岗‘国军自强会议’讲个话也成，侍卫长都已经去了解过了，复兴岗会场没有台阶，您坐轮椅可以直接推上去，到时候您到会场和大家打个招呼，讲几句话给大家鼓励鼓励就离开。”
于是，******接受了王家骅的建议。他说：“那你就跟李秘书长讲，我今天常会不去了。”******重新躺下休息。但没过多久，******就醒了。他对副官说他睡不着，有点恶心，又吃不下饭。随即他呕了一阵子，但没吐出什么来。副官立即去请医师诊治，当时在官邸的“荣总”医生姜洪霆过来看了一下，并为他打点滴，以补充营养。
至上午9点多，******的表情非常痛苦，副官又打电话至“荣总”，找负责******健康的“荣总”副院长姜必宁，以及肠胃科专家罗光瑞。
但过了一会儿，******就睡着了。上午11点多，蒋孝勇到官邸看望他父亲。蒋孝勇后来回忆说：“父亲那时睡得很好，不但睡着了，还打呼。”因此他就离开了官邸，去陪宋美龄吃饭。然而，就在蒋孝勇走后不久，******就醒了，他问了副官几点钟后，就说他中饭吃不下。又问：“孝文呢？”副官回答：“孝文先生在餐厅用餐。”蒋又问：“孝武呢？”副官回答：“孝武先生在新加坡。”约12点40分，******又打铃，副官进去。******说，他恶心想吐，副官说：“您想吐就吐吧。”副官说着，轻拍着******的背，并拿了个不锈钢弯盆接着。
没多久，******吐了，但吐出来的是大口大口的血。******吐血，惊吓了官邸所有人，大家一阵忙乱，医护人员紧急抢救。******吐完后躺下休息。1点55分，他再坐起呕吐，大量鲜血从口鼻中冒出来。******吐完，就倒在床上。医疗小组一直在紧急施救，然而******再没有醒过来。
对于******吐血而逝的经过，医疗小组负责人之一的姜必宁大夫于13日晚上7点左右，在国民党中央党部召开的“紧急中常会”上报告说：
“总统”于今日上午7时30分起床，突感身体不适，并有恶心、呕吐现象。经过医师检查，血压为110和70毫米汞柱，比过去的140和130毫米汞柱降低了不少；因为装有心律调整器的关系，脉搏每一分钟仍维持70次，体温为摄氏36度。由于未能进食，随即以静脉点滴注射，补充营养。不幸到了下午1时55分，突然大量吐血，血液大量由口腔和鼻孔喷出，迅即引发休克及心脏、呼吸衰竭，经过医疗小组医师以人工心肺复苏手术挽救无效，延至下午3时55分心跳停止，瞳孔放大，而告逝世。
对于******吐血而逝的原因，有人认为是******颈部（食道旁）的大动脉破裂出血；因为大出血而致口腔、鼻孔、眼孔都出血，而致呼吸困难，窒息休克而死。至于所谓“心脏、呼吸衰竭”，只是出血后发生的副现象而已。
下午3点半，国民党高层官员俞国华、沈昌焕、郝伯村等人陆续抵达七海官邸，而李****则迟至4点多才赶到。对于迟到的原因，他后来解释说：
他（******）过世那天，官邸的人下午两点多就打电话来，想通知我蒋“总统”情况不好。但是我的秘书或许不知道电话从哪里打来，他回答说我正在接见外宾，没有时间接电话。官邸的人又打电话到“副总统”办公室，由雷主任派黄参议到三楼会客室向本人报告，请我立刻前往七海官邸。这时候我才知道这件事。我立即告诉客人：发生紧急事故，必须结束谈话。然后立刻赶赴七海官邸。
下午四点多，我到达七海官邸，但为时已晚，蒋“总统”已经过世。这时候我想，如果七海官邸来电话时，我尽早赶过去，说不定蒋“总统”还没过世，还可以说话。我是“副总统”，他应该至少会对我说出一两句遗言。但是我的秘书却拖延了时间，在这么重要的关头，这是比什么都重要的事，他却没有通知我，也因此我丧失了听到蒋“总统”最后讲话的机会。一直到现在，我都还很遗憾，因为我没能够把握住那一个最重要的关键时刻。这是很可惜的一件事。
对于******辞世，蒋孝勇表现得较为冷静。他先是向他母亲蒋方良报告，然后又去士林官邸通知宋美龄。据王家骅回忆说，蒋方良坐着轮椅进来，到******的身边，哭了。她抓着******的手，不停地唤着他的名字，但******再也不能应声。随后她被蒋孝勇劝回房间。
之后，在蒋孝勇的陪同下，宋美龄也来到七海官邸，见了******最后一面。蒋孝武则于14日晚返回台北。他对父亲突然离世，感到极为震惊，并对弟弟蒋孝勇深表不满。而蒋孝章夫妇也于15日晚，匆匆地从美国返台奔丧。
此时已升任“外交部”常务次长的章孝严和在东吴大学任教的章孝慈也很快得悉了父亲******去世的消息。然而，由于******生前一直未能公开承认这对双胞胎儿子，因此他们也不敢贸然去见******最后一面。直至1月16日晚，在蒋孝勇的精心安排下，章孝严、章孝慈兄弟俩才得以在“荣总”见到了他们的父亲。后来章孝严回忆说：
孝勇带我们进到围幕背后，即“荣总”的停尸冰库间。孝勇先跪下，由一位助手将其中一个靠中间的冰床缓缓抽出，父亲就安然躺在其中。我走进注视之，见其容貌极为安详，双目紧闭，双唇密合，应当已经做过初步化妆，唯头发略见蓬松，脸色灰白，如熟睡状。我随即跪下叩头，泪如雨下；孝慈随后亦趋前见最后一面，并下跪叩头，饮泣几不成声。这居然是我和孝慈生平第一次这么近距离地和自己父亲见面！
台湾民众对于******的逝世普遍感到悲伤。民进党、工党等反对党也纷纷发表声明，同表哀悼之诚。民进党内反国民党最激进的“立法委员”朱高正听到******逝世的消息时，竟放声大哭。朱高正说他之所以哭是因为：
我觉得他是一个能自我节制的“国家元首”。说实在的，如果照现在国家的非常体制，他有权为欲所为，即使依他事实上所掌握的权力，他也有能力为欲所为，但他没有这么做，这不是一个没有眼光、没有气度的人所能做到的。以中国的现代史来看，哪一个人不争权夺利，一旦等到爬上最高地位时，哪一个人不刻意镇压反侧？但******却得到了大家的肯定，尤其他早期推动本土化政策，最近一二年内对反对党的宽容、尊重，这一点就我们的立场，固然尚嫌不够，但在******时代，哪可能是这个样子呢？……
另外，他能不断求新求变，从推动十项建设发展经济，接着又从事政治建设，这都是难能可贵的成就。……台湾这一年来的变化，超过过去四十年的总和。台湾在这个急速变化的过程中，他运用常年累积的权威，经常能化解一些不必要的冲突，或防止冲突更加恶化，在这么重要的关键时刻他去世，让我们很惋惜。
惋惜的是，他本来可以对民主做更多的事，尤其我不愿看到他在国民党十三大以前去世，因为他对十三大将产生重大的影响。
1月14日，中国共产党中央委员会向中国国民党**********发出唁电，内容如下：
惊悉中国国民党主席******先生不幸逝世，深表哀悼，并向******先生的亲属表示诚挚的慰问。
******的逝世，标志台湾权威时代的结束。然而，在他生命的最后一年，他已为台湾开启了一个新的时代。
