人会晤后，于12月初应蒋中正电召赴西安面见正在指挥剿共的蒋中正。不想正好遭遇12月12日的西安事变。邵元沖当时住在西京招待所，见张学良、杨虎城的部队进入而欲跳窗逃走，被士兵开枪击伤，12月14日在医院去世。享年47岁。1937年1月12日，行政院议决照谭延闿成例国葬邵元沖；2月9日，国民政府明令邵元沖国葬。