3年年底，汪的健康恶化，1944年3月赴日治疗。11月10日于日本名古屋帝国大学（今名古屋大学）医院去世。11月23日遵其遗愿，归葬国民党总理孙中山之侧，南京中山陵西南的梅花山。汪虽为病死，但死因有不同的说法：一说10年前汪被铁血锄奸团成员刺杀受伤，子弹深陷体内，无法取出，铅毒逐渐扩散，终至药石罔效；不过张学良之调查则指出，当时所使用之子弹为钢弹而非铅弹。日本作家上坂冬子访问汪氏子女后写的书支持病死之说。一说是其妻陈璧君误信西医才造成汪兆铭病死。另一说则是汪遭日本军下毒谋杀，但被汪长女汪文惺、女婿何文杰