蔡元培在港期間，除了讀書閱報之外，絕無其他消遣。由於怕受人注意，因此很少跨出大門。香港住宅，又很狹窄，三四個房間，便成為他日常活動的小天地。
1938年5月20日，蔡元培應宋慶齡邀請，同港督羅富國爵士等人一道，出席由“保衛中國同盟”及“香港國防醫藥籌賑會”於聖約翰大禮堂舉行的美術展覽會並發表演說。這是蔡元培在港期間唯一的一次公開演講，其意本為公開話別，離港前往昆明或重慶，奈何因身體荏弱不堪，未能成行。
1940年早春，73歲的蔡元培遭逢愛女蔡威廉死於難產的致命一擊。蔡威廉這位留洋歸國的藝術家，自和林文錚結婚後，一直致力於國立藝專的藝術教學工作，滿腹才華和理想尚未來得及施展和實現，就在昆明撒手人寰。她死得很慘，在嚥下最後一口氣之前還用手在牆上反覆疾書“國難，家難……”其撕心裂肺之狀令天地為之動容。白髮人送走了黑髮人，而白髮人也將循著女兒的背影飄然而去。
1940年3月3日早晨，蔡元培起身後到浴室去時，在浴室門邊，忽然感到一陣頭暈，失足摔倒，吐了一口鮮血。於是趕緊找來商務印書館的一位特約醫師朱惠康，朱醫生看過後未找出病源。這天晚上，他一宿都未睡好。第二天上午，朱醫生過來複診，認為可能是胃潰瘍，因為家裡人手不多，照料不便，因此建議送到養和醫院去診治。到了養和醫院，朱醫師又診斷可能是急性胃潰瘍，於是透過文學家許地山找來港大醫學院的英籍教授寇克博士，為蔡元培診治，並施手術。
由於輸血裝置都在香港大學，蔡元培又被轉移到香港大學。輸血的過程中，蔡已經陷入昏迷狀態。輸完之後，他的手足開始緩緩活動，有時兩片嘴唇微微翕動，像要開口說話。
此後，蔡元培回到養和醫院，已是午夜以後。約至四點多鐘，蔡元培的呼吸開始顯得很費力。六時左右，口中噓氣已經極為微弱。養和醫院院長李樹芬和寇克博士雖然先後來到，但到七點左右，兩位醫師都認為救治無望。九時過後，蔡元培噓出了最後一口微弱的氣息。這位教育家走完了他的一生，享年73歲。
蔡元培先後做過教育總長、北京大學校長、中央研究院院長等高官，然而卻一貧如洗、家徒四壁，連一幢屬於自己的房子也沒有。先生一生位居高官，卻始終清廉如水，死後無一間屋，無一寸土，醫院藥費千餘元，加上衣衾棺木的費用，都是由商務印書館的人代籌的。
9日，中國共產黨中央委員會發來唁電，並特派廖承志前往致唁。
10日，靈柩出殯，由北大學生護送，香港各學校及商號下半旗誌哀，執紼者五千餘人，學校及社團萬餘人參加公祭，極盡榮哀。蔡元培靈柩初厝東華義莊待運回浙江紹興故里安葬，但因戰事熛起，未能成行，遂移葬香港仔華人永遠墳場，“五四”元老、新文化的保姆長眠於香江，墓碑“蔡孑民先生之墓”七字由葉恭綽書寫。值得指出的是，他的遺言僅為兩句話：“科學救國，美育救國”。
16日，國民政府釋出褒揚令，特撥付5000元作為喪葬費用。24日上午，國民黨各界在重慶舉行公祭，蔣介石參加；下午又舉行追悼大會。同日，全國各省市均舉行隆重的追悼大會。
1947年5月9日，國民政府釋出國葬令舉行蔡元培的國葬。
蔡元培病逝，全中國不分政治派別，均表深切哀悼。國民政府釋出褒揚令說：蔡元培“道德文章，夙負時望”，“推行主義，啟導新規，士氣昌明，萬流景仰”。
教育部北大在誄詞中有“當中西文化交接之際，先生應運而生，集中西文化於一身；其量足以容之！其德足以化之！其學足以當之！其才足以擇之！嗚呼！此先生所以成一代大師歟？”
周恩來送輓聯：“從排滿