1950年12月20日上午，傅斯年出席由蒋梦麟召集的农复会一次会议，讨论农业教育改进和保送台大学生出国深造问题。据在现场的人回忆说，傅斯年一会儿用汉语讲话，一会儿用英语和美国人交谈，一会儿汉英交杂，滔滔不绝地大发宏论。两个多小时的会议，他讲的话比任何人都多。
午饭后稍事休息，傅斯年又赶往省议会厅，列席台湾省参议会第五次会议。这一天，参议会上所质询的问题全是有关教育行政方面的事务。大约到了5点40分左右，参议员郭国基起来质询有关台大的问题。
据在场者事后透露，郭的发难主要是国民党教育部从大陆抢运来台并存放于台湾大学的器材如何处理，以及放宽台大招生尺度等问题。傅斯年遇事再次上台回答郭的提问。在回答郭提出的台大应多聘台籍教授，多取台湾土著学生问题时，傅斯年说：“奖学金制度，不应废止，对于那些资质好、肯用功的学生，仅仅因为没有钱而不能就学的青年，我是万分同情的，我不能把他们摒弃于校门之外。……我们办学，应该先替学生解决困难，使他们有安定的生活环境，然后再要求他们用心勤学。如果我们不先替他们解决困难，不让他们有求学的安定环境，而只要求他们用功读书，那是不近人情的……”讲完话时，大约是6时10分，傅斯年走下讲坛，就在即将回到座位时，他突然脸色苍白，步履踉跄，坐在台下的陈雪屏见状，赶紧上前搀扶，傅只说了一句“不好！”便倒在陈雪屏怀中昏厥过去。从此傅斯年陷入昏迷，再也没有醒来。
医生迅速赶到现场，经诊断傅斯年是脑溢血。此时，陈诚、何应钦、王世杰、程天放、罗家伦、朱家骅等政界要人，以及学术界人士李济、董作宾、毛子水、萨孟武、英千里、劳幹等纷纷赶来。蒋介石闻讯后，立即指令陈诚动员台湾所有名医，不惜代价抢救，并要陈诚每过半个小时报告一次傅斯年的病情。
是夜11时23分，傅斯年突然睁开了眼睛，床前众人惊喜交加，以为傅氏终于醒了过来。但医师急忙走过来按了按脉，抬手合上了傅斯年的眼皮，一声不吭地退后低下了头，傅斯年就此与世长辞。
第二天，台湾省议会副议长李万居召开记者招待会，宣布台大傅斯年校长于20日夜“弃世”。这位议长是台湾土著，的国语不太好，被一些记者听成“气死”了。消息马上传开，说傅校长是被郭国基“气死”的。当天台湾报界刊发消息，称“郭大炮”与“傅大炮”两门大炮不幸交火，“大炮议员郭国基骂倒傅斯年，傅氏绝命身亡”。
听说郭国基气死了校长，二百过多名学生打着“痛失良师”的旗帜，围在“省参议会”门口，强烈要求郭国基出来解释。学生们高声怒吼：“郭国基有种你出来，你出来……”冲在前方的学生喊叫着与参议会阻拦人员扭打在一起。郭国基见状就偷偷地溜走了。陈雪屏等多方劝导说明，学生们还是要郭国基出面作答，最后台北市警察局局长亲自出来维持秩序。这时天下起了磅礴大雨，学生们在雨中呼唤着他们心爱的校长的名字，誓要揪出“气死”校长的罪魁祸首。直到台大训导长傅启学赶到呈明真相，并答应学生这个问题由“议会”书面答复，悲伤的学生们才一一散去。
12月22日，傅斯年遗体大殓。有上千人前来吊唁，其中有台湾学者、名流、国民党高级官员、傅斯年的亲友、同事和台湾大学的学生。国民党大佬于右任扶杖前来，陈诚哭得两眼红肿，王宠惠、蒋梦麟、罗家伦、王世杰、朱家骅、李济、董作宾、毛子水等人，另外加上一个刚从香港赴台，与傅斯年生前关系并不融洽的钱穆，都站立在人群中默然相送。10时30分，傅斯年的遗体送往火葬场，上千人冒着大雨，踏着泥泞道路，慢慢行走。热泪横流的学生们手执小旗，上面写着：“校长，回头来瞧瞧我们！”望之令人心碎。台湾记者于衡在回忆采访生涯的长文中说：“傅斯年先生逝世，是我采访二十五年中，所见到的最真诚、最感人的一幕。”
1950年12月31日，治丧委员会在台湾大学法学院礼堂举行傅斯年追悼大会。礼堂正中，悬挂着蒋介石亲笔书写的“国失师表”的挽章，国民党高级官员、名人学者的挽章、挽联分挂两旁。蒋介石亲临致祭，各界要人亦皆前来。据统计，当时各界致送挽联达270余幅，挽诗60余首，挽词20余首，祭文6篇，唁电唁函90余封。各报章、杂志、专刊登载纪念文章110余篇。
中央研究院历史语言研究所同人的挽联是：廿二载远瞩高瞻，深谋长虑，学术方基，忍看一瞑；五百年名世奇才，闳中肆外，江山如此，痛切招魂。
台湾大学全体师生的挽联曰：早开风气，是一代宗师，吾道非欤？浮海说三千弟子；忍看铭旌，正满天云物，斯人去也，哀鸿况百万苍生。
1951年12月20日，傅斯年逝世一周年忌辰，台湾大学仿照美国弗吉尼亚大学为第三位总统杰斐逊（ThomasJefferson）总统专门在园内建造陵墓的成例，特在台大实验植物园内专门划出一块地建造罗马式纪念亭，亭中砌长方形墓一座，墓前立有无字碑，修有喷水池。园中有兵工署捐赠的一座纪念钟，钟上铸有傅斯年提出的“敦品励学，爱国爱人”八字校训。由傅斯年生前同窗加好友罗家伦前导，台大学生会主席罗锦堂手捧骨灰盒，钱思亮校长主持，将傅斯年的骨灰安葬在纪念亭内的大理石墓中。自此，此处被称为“傅园”，纪念钟为“傅钟”，墓与钟掩映在碧绿的椰林大道旁的鲜花翠柏之中。“傅钟”每节上下课都会响21声，因为傅斯年曾说过：“一天只有21小时，剩下3小时是用来沉思的。”
傅斯年溘然长逝后，胡适提醒国人，“中国失去了他最忠实的爱国主义者”。
远在海峡另一边的陈寅恪辗转得知此讯，悲从中来，于当年的12月赋诗一首为之追念。他吟诗一首，以此表达心中的哀悼之情。诗云：“不生不死最堪伤，犹说扶馀海外王。同入兴亡烦恼梦，霜红一枕已沧桑。”这是当时整个中国大陆对傅斯年唯一的一份文字纪念。