民國2年3月20日，宋教仁自上海動身赴北京。這時全國各省正式的參眾兩院議員已選出，紛紛北上，宋以國民黨代理黨魁身份，選舉後變成了國會中多數黨的領袖，如果按照形勢，他必然成為責任內閣的閣揆。
袁世凱對待政敵有兩項法寶：一是收買，或給予金錢，或授與高官厚爵；二是暗殺，如果政敵不被收買，則暗殺之以除後患。當宋教仁漫遊全國，四處講演抨擊時政，袁欲以金錢賄買之，乃令人付給宋一本支票，可以自由簽發支票，絕不退票。但宋是條硬漢，又是一代偉大政治家，當然不為所動，嚴正地予以拒絕。這使袁對宋更加顧忌，袁透過第三者向宋表示，只要宋不堅持責任內閣制，袁便提名他為內閣總理，袁對「責任內閣」有一種先天的排斥性。原來他在宣統年間養痾洹上時，武昌爆發了革命，清廷被迫起用他為湖廣總督，他乃提出組織責任內閣作為出山的主要條件，這不過是一年多前的事情，他就是借責任內閣迫使清廷讓國的。現在他做了總統，遂把責任內閣制度當做了洪水猛獸，宋口口聲聲不離責任內閣，勸他、收買他、威脅他都沒有用，這怎不讓老袁對這位湖南硬漢下毒手呢！
宋教仁搭火車赴北京，他和送行的人們於3月20日晚10時許抵達滬寧車站，這時車站上已有專為議員使用的接待室，他們就在接待室中休息。10點40分吳仲華來告，請宋上車，吳仲華先行，依次是拓魯生、黃興、陳勁宣、宋教仁、廖仲愷等，魚貫而行。走至車站入口的剪票處，宋剛伸手去取收票員剪過的車票，突然一聲槍響，宋就用手摸著他的腰，大叫說：「我中槍了，有刺客。」說時遲，那時快，只見一個穿黑呢軍裝的矮漢子，從人群中不顧一切地竄逃。
在槍響前，另有一批送行的人是於右任等，還在議員接待室中談話，轉過頭來不見了宋、黃等人，乃匆匆趕出來，擬入月台，正行進間就聽到了槍聲，乃跑步至入口處，恰巧遇到宋中了槍，一手摸著右腰，一手扶著黃興。於右任這時非常鎮定地說：「現在一方面要追捕兇手，一方面趕快送入醫院，我去找車子。」他乃跑到車站外的停車場，找到了一輛汽車，把宋扶上汽車。一方面令留下的送行人趕快報警追兇，這邊則令司機開快車送至靶子路滬寧鐵路醫院。
宋這時神志還很清楚，他用手把於右任的頭拉到胸口，喘息地說：「我痛得很，恐怕活不下去了，現在有三件事奉托：（一）所有在南京、北京和東京存的書，全部捐入南京圖書館；（二）我家很窮，老母尚在，我死後請各位替我照料；（三）請各位繼續奮鬥救國，勿以我為念放棄責任。」
黃興、於右任等把宋教仁送至鐵路醫院，就要求醫院醫師會診急救，院方乃請格爾本醫師和比林哈斯醫生共同診視，認為傷勢很重，必須開刀才能有望。為了爭取時間，遂在12時30分送入手術室開刀，用鉗子從小腹取出子彈，發現子彈有毒，雖然流血不多，可是卻十分痛苦，呻吟輾轉，淒苦之情，慘不忍睹。午夜2時，院方再集外科醫生五人第二次開刀，把腸縫補滌洗，取出食物及污血，然後合口，幾度昏厥，不過神智還算清楚，反覆地說：「我為了調合南北，費盡若心，可是造謠者和一般人民不知原委，每多誤解，我真死不瞑目。」
宋在病榻上曾托黃興代擬一電，向袁世凱報告遇刺經過：「北京袁大總統鑒：仁本夜乘滬寧車赴京敬謁鈞座，十時四十五分在車站突被奸人自背後施槍，彈由腰上部入腹下部，勢必至死。竊思仁自受教以來，即束身自愛，雖寡過之未獲，從未結怨於私人。清政不良，起任改革，亦重人道，守公理，不敢有一毫權利之見存。今國本未固，民福不增，遽爾撒手，死有餘恨。伏冀大總統開誠心布公道，竭力保障民權，俾國家得確定不拔之憲法，則雖死之日，猶生之年。臨死哀言，尚祈鑒納。宋教仁。哿。」
3月22日清晨，宋病勢惡化，雙手發冷，目睛仰翻，嘴裡說：「我們要集中全國力量一致對外。」延至早上4點鐘，已不能言語，只以黯淡的眼睛環顧四周，作依依不捨狀。黃興、於右任、陳其美、范鶴仙等均圍侍病榻旁。黃在宋耳旁大聲地說：「鈍初，我們會照料你的一切，你放心去吧！」宋用力睜開眼睛，眼中泛起了淚珠，慢慢慢慢地斷了氣。黃興、於右任等伏屍慟哭。陳其美捶胸跌足說：「不甘心，此事真不甘心！」
這位偉大的革命家，卓越的政論家，一代英豪，就這樣與世長辭，他這時只有33歲，高才英年，如日中天，做夢也沒有想到會這樣不明不白地遭了暗殺。
他的偉大在於他臨到死亡關頭還沒有拋棄要感化袁世凱的偉大幻想，他希望袁能為他的臨死贈言所感動，能夠化偽為誠，化私為公，化蹂躪民權為保障民權，化弁髦法律為尊重法律。
他死前並不知道誰是殺害他的兇手，但他自知沒有仇人，只有政敵，他想不到政治鬥爭要出以暗殺，他怎會想到主使殺他的人竟是袁世凱呢！
宋教仁斷氣是在3月22日午前4時，於23日午後3時大殮，陳其美親自替亡友去買棺材，化了200銀元，同時請了相館的人來給宋遺體拍照。拍照時黃興主張讓宋衣冠整齊，以符生平的光明正大，范鶴仙則認為宋氏遭此慘禍，不可不留一歷史性的照片，必須把赤身傷痕也攝出來，於是拍了兩張照片，一張攝赤身的，一張攝正冠禮服。
宋被刺殉難後，國民黨上海交通部發佈通告說：「本黨代理理事長宋先生之喪，各黨員纏黑紗志哀。」
孫中山前於2月21日赴日本考察鐵路政策，正在長崎，聽到宋教仁被刺身死，極為悲悼，即由長崎致電北京國民黨本部和上海國民黨交通部，令黨人合力查出宋氏被刺的真實原委，以謀昭雪。
北京方面聽到宋氏被刺，也極感震動，尤以國民黨總部喪失了實際的領導人，既哀悼又激憤，紛紛去電上海詢問真相。黃興乃於22日致電北京《民主報》主持人仇蘊存，說明宋氏被刺遇難經過，請刊諸報端，宣示中外，電文如下：
「北京《民主報》仇蘊存兄：疊接都中諸友來電殷殷垂問宋鈍初先生受傷情形，刻值治喪忙迫，未及一一擬答，殊深歉仄。特詳述於下，請登諸報端，以慰哀感。鈍兄於念夜十時四十五分由滬赴京，在車站被奸人由背後施槍，彈由右脊腰上部掠腎臟穿大腸直透下腹皮停止，當即送入附近鐵道醫院醫治。此時鈍兄傷雖重而精神如常，然自知必死，即口授致大總統電文，並述對將來之政見，一一告別同志，絕不提及家事，惟雲老母年高，不可使知變狀。十二時卅分即將子彈取出，念一日午後二時，復集醫士五人剖治，又將腸傷縫補滌盡，遺出食物及污血，仍合其口此後神人不諒，死不瞑目矣，竟爾絕命。嗚呼！當此國勢飄搖之際，而有如此奸徒，不顧大局，戕賊人道，行此暗殺手段，痛何如之，諸君當亦同聲一哭也。兇徒正在密探，尚未緝獲，謹此訃聞。」
袁世凱在北京作成毫不知情狀，他於21日得知宋被刺消息，表示非常意外，即發一電云：
「上海宋鈍初先生鑒：閱路透電，驚聞執事為暴徒所傷，正深駭絕。頃接哿電，方得其詳。民國建設，人才至難，執事學識冠時，為世推重，凡稍有知識者，無不加以愛護，豈意眾目昭彰之地，竟有凶人，敢行暗殺，人心險惡，法紀何存？惟祈天相吉人，調治平復，幸勿作衰敗之語，徒長悲觀。除電飭江蘇都督、民政長、上海交涉使、縣知事、滬寧鐵路總辦，重懸賞格，限期緝獲兇犯外，合先慰問。」
22日午後4時，袁方午睡初起，秘書等奔告宋去世消息，袁還愕然說：「有這等事嗎？快拿電報來。」秘書捧了束電報來，是陳貽范一電，黃克強一電，江孔殷一電。袁做出極惋惜的樣子說：「這怎麼好呢？國民黨失去了宋純初，少了一個明白事理的首腦，以後越難講話了。」這時他還命秘書草擬電報，草擬優恤命令，處理宋身後事，他假惺惺地想借這些來沖淡宋的慘死，他的慰問電云：
「宋君竟爾溘逝，曷勝浩歎！目前緊要關鍵，惟有重懸賞格，迅緝真兇，徹底根究。宋君才識卓越，服務民國，功績尤多，知與不知，皆為悲痛。所有身後事宜，望即會同鍾文耀（即滬寧鐵路總辦）妥為料理。其治喪費用，應即作正當開銷，以彰崇報。」
他以為這次宋被刺事件是天衣無縫，永不會被人所知。他捻髯微笑，認為又輕輕易易地去了一個政敵，可是表面上卻裝出一個「壞我棟樑」的樣子，並且下了一道緝兇命令，有「暗殺之風，尤乖人道」云云。
宋教仁遇刺殉難，使已經是風雨欲來的時局，變成了大雷暴雨，也是剛滿15個月的中華民國一件最聳人聽聞、觸目驚心的事。
對於宋為何被刺？何人所刺？各有說法，言人人殊。於是謠言不脛出走，大多數人尤其是國民黨方面，均認為是袁世凱，可是北洋方面則散播空氣說宋被刺是國民黨內訌，自相殘殺。
宋的政見和孫中山，和黃興，和國民黨內一部分人相左是事實。如南京臨時政府時代，宋堅主責任內閣，其他人均反對，後來定都南北之爭，宋亦是主張定都北京，與孫、黃定都南京意見不同。國民黨的組成，宋的策劃和貢獻最大，因而成為實際的領導人，一部分革命黨和同盟會中人對宋也頗不滿，這些都是事實，當國民黨組成後，外間謠言甚熾，宋教仁曾於民國元年9月16日發表一封致各報的公開信：
「連日各報載國民黨事諸多失當，甚且如《民視報》等謂孫中山先生辭理事職出於鄙人之排斥，《新紀元報》等謂孫、黃有衝突，皆不勝駭異。此次國民黨之合併成立，全出於孫、黃二公之發意，鄙人等不過執行之，故黨員無論新舊，對於孫、黃二公皆非常愛戴。此次選舉理事，孫先生得票最多，惟孫先生此後欲脫離政界專從事於社會事業，故不欲任事，曾經辭職，已由鄙人與各理事再三挽留，始允不辭，現已推為理事長。鄙人與孫先生從事革命幾及十年，何至有意見之爭，且國民黨新立，正賴有功高望重如孫先生者為之主持，亦何至有內訌之原因耶？至於黃克強先生與孫中山先生同為吾黨泰斗，關係之親切，天下皆知，此次北來調和南北意見，主持大計，兩公無絲毫之歧異，更何至有衝突之事，如各報所云云乎。方今時事艱難，非有強大真正之政黨作中流之砥柱，何能挽回危局。而強大真正之政黨，尤非社會扶持，各黨互相獎勉不能成立。關於政見，各黨即互有不同，然總不宜猜忌離間，日望敵黨之不發達。吾人改組國民黨時宣言政黨宜二大對峙，希望自黨發達，同時並希望反對黨亦發達，能至旗鼓相當而後已。誠以政黨須有道德，其態度固應如是也。作此等謠言之各報，屬於何黨固不必辨，鄙人總深盼其守政黨道德，不再事無謂之猜忌與離間，平心靜氣以評論國家事，扶持各黨，使漸臻於健全之發達，庶幾各黨乃得日即穩固，從容研究。其在議院有正當之主張，不事喧囂。其對政府有適當之監督方法，以促成強固有政策負責任之內閣。是豈非國家之大幸事乎，區區之心乞鑒諒之！宋教仁頓首。」
從宋的這封公開信看出謠言攻勢的可怕，因為當宋被害後，就有一種流言，說宋是國民黨巨頭所害，甚且指稱是陳其美的傑作。這當然是袁系的人企圖用混亂的謠言，轉移社會目標的陰謀。
宋教仁遺體由國民黨同志卜葬於江灣，出殯時由吳鐵城等乘馬前導，極盡哀榮，國民黨上海交通部並訂於4月13日在張園舉行盛大的追悼大會，由陳其美主祭，居正贊禮，汪洋讀祭文，黃興因病未參加。大會首由陳其美報告開會追悼宋教仁之深長意義，繼由居正、徐天復、吳永珊、於右任、沈縵雲等發表悼詞，極盡哀思。
孫中山有一副極沉痛的輓聯：
作民權保障，誰非後死者？
為憲政流血，公真第一人！
黃興的輓聯非常迫真：
前年殺吳祿貞，去年殺張振武，今年又殺宋教仁；
你說是應桂馨，他說是洪述祖，我說確是袁世凱。
龍陽才子易實甫的輓聯，另饒意境：
卿不死，孤不得安，自來造物忌才，比庸眾忌才更甚。
壯之時，戒之在鬥，豈但先生可痛，恐世人可痛尤多。
宋的墓地在上海閘北，因為紀念他，所以就叫作宋園，墓前塑造了宋一座銅像，作支坐側思狀，下為石座，石座上有章太炎的陽篆「漁父」二字，於右任撰書刻銘：
「先生之死，天下惜之。先生之行，天下知之，吾又何紀，為直筆乎？直筆人戮。為曲筆乎？曲筆天誅。嗟嗟九泉之淚，天下之血，老友之筆，賊人之鐵。勒之空山，期之良史，銘諸心肝，質諸天地。嗚呼！」