民国2年3月20日，宋教仁自上海动身赴北京。这时全国各省正式的参众两院议员已选出，纷纷北上，宋以国民党代理党魁身份，选举后变成了国会中多数党的领袖，如果按照形势，他必然成为责任内阁的阁揆。
袁世凯对待政敌有两项法宝：一是收买，或给予金钱，或授与高官厚爵；二是暗杀，如果政敌不被收买，则暗杀之以除后患。当宋教仁漫游全国，四处讲演抨击时政，袁欲以金钱贿买之，乃令人付给宋一本支票，可以自由签发支票，绝不退票。但宋是条硬汉，又是一代伟大政治家，当然不为所动，严正地予以拒绝。这使袁对宋更加顾忌，袁透过第三者向宋表示，只要宋不坚持责任内阁制，袁便提名他为内阁总理，袁对“责任内阁”有一种先天的排斥性。原来他在宣统年间养疴洹上时，武昌爆发了革命，清廷被迫起用他为湖广总督，他乃提出组织责任内阁作为出山的主要条件，这不过是一年多前的事情，他就是借责任内阁迫使清廷让国的。现在他做了总统，遂把责任内阁制度当做了洪水猛兽，宋口口声声不离责任内阁，劝他、收买他、威胁他都没有用，这怎不让老袁对这位湖南硬汉下毒手呢！
宋教仁搭火车赴北京，他和送行的人们于3月20日晚10时许抵达沪宁车站，这时车站上已有专为议员使用的接待室，他们就在接待室中休息。10点40分吴仲华来告，请宋上车，吴仲华先行，依次是拓鲁生、黄兴、陈劲宣、宋教仁、廖仲恺等，鱼贯而行。走至车站入口的剪票处，宋刚伸手去取收票员剪过的车票，突然一声枪响，宋就用手摸着他的腰，大叫说：“我中枪了，有刺客。”说时迟，那时快，只见一个穿黑呢军装的矮汉子，从人群中不顾一切地窜逃。
在枪响前，另有一批送行的人是于右任等，还在议员接待室中谈话，转过头来不见了宋、黄等人，乃匆匆赶出来，拟入月台，正行进间就听到了枪声，乃跑步至入口处，恰巧遇到宋中了枪，一手摸着右腰，一手扶着黄兴。于右任这时非常镇定地说：“现在一方面要追捕凶手，一方面赶快送入医院，我去找车子。”他乃跑到车站外的停车场，找到了一辆汽车，把宋扶上汽车。一方面令留下的送行人赶快报警追凶，这边则令司机开快车送至靶子路沪宁铁路医院。
宋这时神志还很清楚，他用手把于右任的头拉到胸口，喘息地说：“我痛得很，恐怕活不下去了，现在有三件事奉托：（一）所有在南京、北京和东京存的书，全部捐入南京图书馆；（二）我家很穷，老母尚在，我死后请各位替我照料；（三）请各位继续奋斗救国，勿以我为念放弃责任。”
黄兴、于右任等把宋教仁送至铁路医院，就要求医院医师会诊急救，院方乃请格尔本医师和比林哈斯医生共同诊视，认为伤势很重，必须开刀才能有望。为了争取时间，遂在12时30分送入手术室开刀，用钳子从小腹取出子弹，发现子弹有毒，虽然流血不多，可是却十分痛苦，呻吟辗转，凄苦之情，惨不忍睹。午夜2时，院方再集外科医生五人第二次开刀，把肠缝补涤洗，取出食物及污血，然后合口，几度昏厥，不过神智还算清楚，反复地说：“我为了调合南北，费尽若心，可是造谣者和一般人民不知原委，每多误解，我真死不瞑目。”
宋在病榻上曾托黄兴代拟一电，向袁世凯报告遇刺经过：“北京袁大总统鉴：仁本夜乘沪宁车赴京敬谒钧座，十时四十五分在车站突被奸人自背后施枪，弹由腰上部入腹下部，势必至死。窃思仁自受教以来，即束身自爱，虽寡过之未获，从未结怨于私人。清政不良，起任改革，亦重人道，守公理，不敢有一毫权利之见存。今国本未固，民福不增，遽尔撒手，死有余恨。伏冀大总统开诚心布公道，竭力保障民权，俾国家得确定不拔之宪法，则虽死之日，犹生之年。临死哀言，尚祈鉴纳。宋教仁。哿。”
3月22日清晨，宋病势恶化，双手发冷，目睛仰翻，嘴里说：“我们要集中全国力量一致对外。”延至早上4点钟，已不能言语，只以黯淡的眼睛环顾四周，作依依不舍状。黄兴、于右任、陈其美、范鹤仙等均围侍病榻旁。黄在宋耳旁大声地说：“钝初，我们会照料你的一切，你放心去吧！”宋用力睁开眼睛，眼中泛起了泪珠，慢慢慢慢地断了气。黄兴、于右任等伏尸恸哭。陈其美捶胸跌足说：“不甘心，此事真不甘心！”
这位伟大的革命家，卓越的政论家，一代英豪，就这样与世长辞，他这时只有33岁，高才英年，如日中天，做梦也没有想到会这样不明不白地遭了暗杀。