生方則孝、クリヤマコト、吉弘知鶴子、中野雅仁、大坪稔明、友成好宏、堀越昭宏、安部潤、鈴木憲彦、中村建治、渡辺剛、赤石香喜、杉山泰、大山泰輝、NOBU-K、清水永之、大迫杏子、近藤和明、土井淳、進藤陽悟、細井豊、IRO、野崎洋一、藤川学史、大坪正、和泉宏隆
当時の兵部卿（大臣）は仁和寺宮嘉彰親王で、名目上だけの存在であった。益次郎は事実上、近代日本の軍制建設を指導してゆく。益次郎は戊辰戦争で参謀として活躍した「門弟」である山田顕義を兵部大丞に推薦し、山田に下士官候補の選出を委任した。山田も山口藩諸隊からを中心に約100名を選出し、9月5日からは京都に設けられた河東操練所において下士官候補の訓練を開始した。また、益次郎は明治2年（1869年）6月の段階で大阪に軍務官の大阪出張所を設置していたが、9月には同じく大阪城近くに兵部省の兵学寮を設け、フランス人教官を招いてフランス軍をモデルとする新しい軍の建設を始めた。このほか京都宇治に火薬製造所を、また大阪に造兵廠（大阪砲兵工廠）を建設することも決定された。このように益次郎が建軍の中核を東京から関西へと移転させたことについては、大阪がほぼ日本の中心に位置しており、国内の事変に対応しやすいという地理上の理由のほかに、自身の軍制改革に対する大久保派の妨害から脱するという政治的思惑によるものも大きかった。そのほか、益次郎が東北平定後の西南雄藩の動向を警戒し、その備えとして大阪を重視したとの証言もある。このように着々と既成事実を構築していた明治2年（1869年）、益次郎は軍事施設視察と建設予定地の下見のため京阪方面に出張する。京都では弾正台支所長官の海江田が遺恨を晴らすため、新軍建設に不平を抱く士族たちを使って益次郎を襲うよう煽動する、などの風説が流れるなど不穏な情勢となっていた。木戸孝允らはテロの危険性を憂慮し反対したが、益次郎はそれを振り切って中山道から京へ向かう。益次郎は同年8月13日に京に着き、伏見練兵場の検閲、宇治の弾薬庫予定地検分を済ませ20日に下阪する。大阪では大阪城内の軍事施設視察、続いて天保山の海軍基地を検分することとなった。9月3日、京へ帰るも翌4日夕刻、益次郎は京都三条木屋町上ルの旅館で、長州藩大隊指令の静間彦太郎、益次郎の鳩居堂時代の教え子で伏見兵学寮教師の安達幸之助らと会食中、元長州藩士の団伸二郎、同じく神代直人ら8人の刺客に襲われる。静間と安達は死亡、益次郎も重傷を負った。その時の疵は前額、左こめかみ、腕、右指、右ひじ、そして右膝関節に負ったのであるが、なかんずく右膝の疵が動脈から骨に達するほど深手であった。兇徒が所持していた「斬奸状」では、益次郎襲撃の理由が兵制を中心とした急進的な変革に対する強い反感にあったことが示されている。益次郎は一命をとりとめたが、重傷で7日に山口藩邸へ移送され、数日間の治療を受けた後、傷口から菌が入り敗血症となる。9月20日ボードウィン、緒方惟準らの治療を受け、大阪の病院（後の国立大阪病院）に転院と決まる。10月1日、益次郎は河東操練所生徒寺内正毅（のち陸軍大将、総理大臣）、児玉源太郎（のち陸軍大将）らによって担架で運ばれ、高瀬川の船着き場から伏見で1泊の後、10月2日に天満八軒屋に到着、そのまま鈴木町大阪仮病院に入院する。ここで楠本イネやその娘の阿高らの看護を受けるが病状は好転せず、蘭医ボードウィンによる左大腿部切断手術を受けることとなる。だが、手術のための勅許を得ることで東京との調整に手間取り、「切断の義は暫時も機会遅れ候」（当時の兵部省宛の報告文）とあるように手遅れとなっていた。果して10月27日手術を受けるも、翌11月1日に敗血症による高熱を発して容態が悪化し5日の夜に死去した。享年46。臨終の際「西国から敵が来るから四斤砲をたくさんにこしらえろ。今その計画はしてあるが、人に知らさぬように」と船越衛に後事を託した後「切断した私の足は緒方洪庵先生の墓の傍に埋めておけ。」と遺言していた。益次郎の死去の報を受けた木戸は「大村ついに過る五日夜七時絶命のよし、実に痛感残意、悲しみ極まりて涙下らず、茫然気を失うごとし」（11月12日の日記）「実に実に痛嘆すべきは大村翁の不幸、兵部省もこの先いかんと煩念いたし候」（槙村正直宛の12月3日付の書）と、その無念さを述べている。11月13日、従三位を贈位し、金300両を賜る宣旨が下された。遺骸は妻・琴子によって郷里にもたらされ、11月20日に葬儀が営まれた。墓所は山口市鋳銭司にあり、靖国神社にも合祀されている。明治21年（1888年）に孫（養子の嫡男）の大村寛人は益次郎の功により子爵を授爵、華族に列せられた。益次郎の軍制構想は山田顕義、船越衛、曾我祐準、原田一道、大島貞薫らによってまとめられ、同年11月18日には兵部少輔久我通久と山田の連署で『兵部省軍務ノ大綱』として太政官に提出されている。益次郎の「農兵論」は、山田らによって、明治4年（1871年）に徴兵規則（辛未徴兵）の施行によって実行に移されるも、同規則も同年内には事実上廃棄されている。その後、兵部省（のち陸軍省）内の主導権が山田から山縣有朋に移った後、明治6年（1873年）に国民皆兵を謳った徴兵令が制定されることとなる。