1926年9月26日，由於“中西兩醫並誤”，王國維的大兒子王潛明患傷寒終告不治，病逝於上海，年僅二十七歲。王潛明是王國維的元配莫氏所生，莫氏病歿後，王潛明對繼母潘氏不甚服帖，他妻子羅曼華（孝純）與婆婆也多有齟齬，王國維平日隻顧讀書寫作，對家事很少留心，身居其間，調解乏術，猶如“金人”一個。羅振玉一向視孝純為掌上明珠，聽說愛女在王家受了委屈，心中老大不快，他認為婆媳之所以不和，皆因王國維偏袒潘氏，遂使繼室養成雌威。對此指責，王國維隱忍緘默，未置一辯。此外，王國維從日本回國後，賃居上海石庫門一所凶宅，風水不好，別人在意，他不在意，及至他北上應聘清華講席，仍讓新婚的長子長媳住在原來那個鬼地方，以至於好端端的兒子暴疾而死。待到喪事完畢，羅振玉惱怒未消，即負氣攜女兒返回天津，給王家一個老大的難堪。事情鬧到這步田地，王國維生氣地說：“難道我連媳婦都養不起？”王潛明生前服務於海關，死後獲得一筆撫釁金，再加上一個月工資和羅孝純變賣首飾所付的醫藥費，合計三千元，王國維將這筆錢寄至天津羅家，作為兒媳的生活用度，羅振玉不肯收，退回來，王國維再寄，並於1926年10月31日寫信給羅振玉：“亡兒與令媛結婚已逾八年，其間恩義未嚐不篤。即令不滿於舅姑，當無不滿於其所夫之理，何以於其遺款如此拒絕？若雲退讓，則正讓所不當讓。以當受者而不受，又何以處不當受者？是蔑視他人人格也。蔑視他人人格，於自己人格亦複有損。”連這樣憤激的重話都講了，羅振玉仍舊把錢退回來，太掃人麵子，王國維氣得不行，便從書房中清理出大疊信件，撕碎後付之一炬，信上分明寫著“靜安先生親家有道”、“觀堂親家有道”之類的字樣，都是羅振玉的親筆。長子早喪，兒媳大歸，老友中絕，經此變故，王國維傷心之至。
1927年6月2日（農曆五月初三），這是清華學校放完暑假後的第二天，王國維八點鍾去公事室，九點鍾向湖南籍助教侯厚培商借二元銀洋，對方無零錢，借給他五元紙幣。十點鍾左右，他雇用校中第三十五號洋車，前往頤和園，購一張六角門票，即踅進園子。頤和園與清華園同在西郊，王國維常到這座前清帝後的花園裏舒舒眼，散散心，看看風景，想想事情，他以頤和園為題材為背景寫過多首（闕）詩詞，可以說，他對頤和園有很深的依戀。隻是今天很奇怪，他並不留意景物，而是徑直前往佛香閣排雲殿附近的魚藻軒，兀坐在石舫前，點燃紙煙，於煙霧嫋嫋騰騰間，陷入沉思。
十年前，張勳複辟，王國維說：“今日情勢大變……結果恐不可言，北行諸公隻有一死謝國，曲江之哀，猿鶴蟲沙之痛，傷哉！”“末日必在今明，乘輿尚可無事，此次負責及受職諸公，如再覥顏南歸，真所謂不值一文錢矣！”張勳複辟失敗後，向外界宣稱“誌在必死”，王國維讚歎道：“三百年來，乃得此人，庶足飾此曆史，餘人亦無從得消息，此等人均須為之表彰，否則天理人道俱絕矣。”1924年，馮玉祥逼宮，溥儀危在旦夕，南書房行走王國維與羅振玉、柯劭忞即有同沉神武門禦河的打算，後因形勢緩和，遜帝溥儀脫險出走天津，他們才放棄自殺計劃，留下性命，以圖日後報效。王國維心想，當時死了，倒是好了。眼下，舊軍閥馮玉祥搖身一變，成為國民革命軍第二集團軍司令，他又將揮師出潼關，直取京城，一旦與南方的北伐軍會合，必定危及流寓天津張園的遜帝。覆巢之下，豈有完卵？“君辱則臣死”，乃是古之遺訓，今日惟有一死，別無選擇。王國維早年精研德國哲學，當然還記得叔本華關於自殺的那段話：
一般都會發現，隻要生存的恐懼達到了一個地步，以致超過了死亡的恐懼，一個人就會結束他的生命……
巨大的精神痛苦使我們對肉體的痛苦感到麻木；我們鄙視肉體的痛苦；不，如果肉體的痛苦超過精神的痛苦，那麼它就會分散我們的心思，我們歡迎它，因為它中止了精神的痛苦。正是這種感覺使自殺變得容易。
王國維曾作《教育小言十則》，其中第八則將國人廢學之病歸咎於意誌薄弱，“而意誌薄弱之結果，於廢學外，又生三種之疾病，曰運動狂，曰嗜欲狂，曰自殺狂。”患此狂疾，則一生萬事皆休。第九則他專論自殺，講得更透辟：“至自殺之事，吾人姑不論其善惡如何，但自心理學上觀之，則非力不足以副其誌而入於絕望之域，必其意誌之力不能製其一時之感情而後出此也。”這就對了，王國維忠於清室，忠於遜帝，自知複辟難成，大勢已去，遜帝行將受辱，他的感情承受不住殘酷現實的掊擊，已經瀕於絕望。他還有學問要研究，還有著作要纂寫，還有弟子要栽培，還有妻兒要照顧，俗世的一切計慮，隻能悉數拋開。他選擇頤和園，不為別的，三天前他曾對好友金梁透過口風：“今日幹淨土，惟此一灣水耳！”
王國維扔下快要燃盡的煙蒂，踱到昆明湖邊，他不再遲疑，縱身躍入水中。一位園工正在距離他十餘步遠的地方打掃路麵，看見有人投湖，立刻奔過去施救，前後不到兩分鍾，由於投水者頭部插入淤泥，口鼻堵塞，遭到窒息，倉促間即已氣絕。再說同來的車夫，他一直在園外靜等，遲至午後三點多，仍不見王國維出園，他前去門房打聽，才知一位拖辮子的老先生投湖自盡了，這一驚非同小可，他趕緊跑回清華學校報告噩耗。
可悲的是，盡管清華校長曹雲祥親自出麵交涉，但由於警局尚未驗屍，不得移動。王國維濕漉漉的屍身上覆蓋著一床蘆席，蘆席的四角鎮以青磚，就這樣，死者麵目紫脹，四肢拳曲，仰臥在魚藻軒中，足足橫陳了二十多個小時，令人慘不忍睹。當時警方辦事效率之低，由此可見一斑。法警驗屍時，從衣袋中找到銀洋四元四角，還有一份死者於自殺前一天草擬的遺囑，遺書背麵寫明“送西院十八號王貞明先生收”。王貞明是王國維的第三個兒子。紙麵雖已濕透，字跡完好無損。全文如下：
五十之年，隻欠一死。經此世變，義無再辱。我死後，當草草棺斂，即行蒿葬於清華塋地。汝等不能南歸，亦可暫於城內居住。汝兄亦不必奔喪，因道路不通，渠又不曾出門故也。書籍可托陳、吳二先生處理。家人自有人料理，必不至不能南歸。我雖無財產分文遺汝等，然苟謹慎勤儉，亦必不至餓死也。
五月初二日父字
入斂之後，眾親友弟子扶柩停靈於校南的剛秉廟。當天到場送殯的，除了親屬和研究院部分學生，還有清華學校教授梅貽琦、陳寅恪、梁漱溟、吳宓、陳達和北京大學教授馬衡、燕京大學教授容庚。1927年7月17日，家屬遵照遺命，將王國維營葬於清華園東二裏西柳村七間房的麥壟中，送葬者，自曹雲祥校長以下數十人，多為學界名流。
王國維自殺後，最感到愧疚和後悔的要數羅振玉，他失去的不隻是一位學術上的畏友和政治上的盟友，還永遠失去了一個與密友和親家消釋嫌隙的機會。出於補救心理，羅振玉畫蛇添足，偽造了一份王國維轉呈遜帝溥儀的遺折，通篇皆是孤臣孽子的口吻聲氣，不乏忠諫之詞，溥儀讀後大為感動，遂頒下“上諭”，加恩“諡予忠愨”，並賞賜給王國維家屬陀羅經被一床，治喪費二千元。
1927年8月25日，清華學校國學研究院導師梁啟超手持鮮花，帶領學生數十人前往王國維墓地釃酒祭拜，他的悼詞充分肯定王國維不降其誌、不辱其身的精神，“違心苟活，比自殺還更苦；一死明誌，較偷生還更樂”。悼詞中分析了王國維的死因：“他對於社會，因為有冷靜的頭腦，所以能看得很清楚；有和平的脾氣，所以不能取激烈的反抗；有濃厚的情感，所以常常發生莫名的悲憤。積日既久，隻有自殺這一途。”梁啟超對王國維的學術成就評價極高：“我們看王先生的《觀堂集林》，幾乎篇篇都有新發明，隻因他能用最科學而合理的方法，所以他的成就極大。此外的著作，亦無不能找出新問題，而得好結果。其辨證最準確而態度最溫和，完全是大學者的氣象。他為學的方法和道德，實在有過人的地方。”
用公正的眼光去看，無論何時，中國翹翻一個居於九五之尊的皇帝，根本算不了什麼，折損一位正當盛年的學者，就有些可惜。更何況一位正當盛年的大學者竟為一個提拎不起的遜帝而犧牲性命，那就更是折本到家的生意。王國維毅然殉清，投水自盡，事、理、情三者本已極為分明，身後榮辱他也懶得去管，隻是大家惋惜他這種死法，為他感到不值，便要尋出他自殺的別種原因，以衝淡他身上那股子比樟腦丸、紅花油還要衝鼻的遺老氣息。較有代表性的有五種說法：一是殉清說；二是屍諫說；三是受羅振玉逼迫而死說；四是求思想自由、精神獨立而死說；五是厭世說。
最早提出殉清說的是清華學校校長曹雲祥，他在王國維自盡當晚即向眾人宣布：“頃聞同鄉王靜安先生自沉頤和園昆明池，蓋先生與清室關係甚深也。”梁啟超也力主此說，他認為王國維是古之節士伯夷、叔齊、屈原那樣的人物，在頤和園投湖自盡，正為了忠於前朝，明行顯誌。隨著國民革命軍不斷北進，王國維的複辟夢想宣告破滅，他自覺無法順應新時代，倒不如一死了之。梁啟超在致長女梁令嫻的信中特別談及這個話題：“他平日對於時局的悲觀，本極深刻。最近的刺激，則由兩湖學者葉德輝、王葆心之被槍斃。葉平日為人本不自愛（學問卻甚好），也還可說是有自取之道；王葆心是七十歲的老先生，在鄉裏德望甚重，隻因通信有‘此間是地獄’一語，被暴徒拽出，極端箠辱，卒致之死地。靜公深痛之，故效屈子沉淵，一瞑不複視。”日本人川田瑞穗也認為王國維自殺意在“殉國”，他稱讚道：“其氣節凜凜足以廉頑立懦，際有清三百年之末運，能明此意以捐其身者，公一人而已。”王國維早年讚同康有為的變法維新主張，戊戌政變後，六君子喋血菜市口，康、梁逃亡日本，後黨囂張，國家元氣大喪，王國維深感悲憤失望。1898年9月26日，他在致許家惺的信中寫道：“今日出，聞吾邑士人論時事者蔽罪亡人，不遺餘力，實堪氣殺，危亡在旦夕，尚不知病，並仇視醫者，欲不死得乎？”他視保守派為“病人”，視維新變法的誌士為“醫者”，這種思想在當時夠激進的了。王國維的頭腦中不太在乎滿漢夷夏之辨，對民族革命素來不抱同情，他對中國同盟會中那些虎躍鷹揚的少年始終缺乏好感。王國維遊學日本時，曾在複羅振玉的信裏預卜革命黨的前途：“諸生騖於血氣，結黨奔走，如燎方揚，不可遏止。料其將來，賢者以殞其身，不肖者以便其私，萬一果發難，國是不可問矣。”日後的事實證明，他所料不差，宋教仁、陳其美被袁世凱暗殺，黃興、蔡鍔未獲中壽，賢者凋零殆盡，而汪精衛、蔣介石這樣的不肖者則竊據軍政大權，國事蜩螗，終於不可收拾。王國維曾與陳寅恪談及時政：中國民智未開，教育落後，如驟行民主，必為野心家所乘。他身在民國，心係前朝，留戀典章文物，對國家禍亂感受深切，君主立憲也好，民主共和也罷，都是政客們手中的幌子，國計民生何嚐有絲毫改善？反而更趨惡化。他懷念故國前朝，與溥儀既有君臣之名，複有師生之誼，溥儀賜宴時為他挾菜，區區小事，他尚且念念不忘，對家人津津樂道。