袁的病开始于5月27日，在此以前袁已心疲力竭，27日发病时，来势很猛，其家属乃急延中医刘竺笙、萧龙友会诊，但无效果。29日湖南独立，袁左右本不打算让袁知道，可是袁在病中仍逐日召集榻前会议，躬亲处理文电，所以无法瞒他。
6月2日袁命张一麐打电报给老朋友徐世昌，这时徐已归隐河南辉县，袁请他立即到北京来见最后一面。徐于6月5日抵京，立即赶到总统府，袁仰卧病榻，有气无力，喘得很厉害，颤气地说：“jú人，来得……好，来……得好，我……已是不中用……了。”
徐世昌和袁缔jiāo最久，40年的好朋友，不论公谊和私jiāo都相处甚欢，这时见到袁垂危的病容，也不禁老泪纵横。他悄悄背过身去试了眼泪，然后轻轻地说：“总统不必焦心，好好养几天就会好的。”袁却摇摇头闭了眼睛，眼角旁流下了一大颗眼泪。原来先一天袁已病势加剧，总统府急请法国公使馆医官卜西尔诊视病状，卜西尔诊视结果，确定为尿毒症，加以神经衰弱，肝火涌塞，病入膏肓，断定已难挽救。到5日，袁的jīng神越为不济，卜西尔替袁打了一针“qiáng心针”，袁的神志才略为清醒，正巧徐世昌来了，可是不久袁又陷于昏迷状态。
在袁最后弥留时，口中断断续续地说出了“他害了我”四个字，这好像是他最后的遗言。是谁害了他？他的儿子吗？还是他的朋友或是部下呢？袁死后这一句话以讹传讹，竟说成是革命党以40万金贿赂法籍医生卜西尔给袁打了一支毒针，所以袁打针后喃喃说：
“他害死了我”一句话。这当然是无稽之谣，然而袁这句话的真意则和他的去世而埋葬了。
民国5年6月6日清晨3时，袁终于断了气，这位乱世jian雄，清末民初两个时代的重要人物，终于和人世永别了。
袁死后发表遗令如下：
“民国成立，五载于兹。本大总统忝膺国民付托之重，徒以德薄能鲜，心余力绌，于救国救民之素愿，愧未能发摅万一。溯自就任以来，昼作夜息，殚勤擘画，虽国基未固，民困未苏，应革应兴，万端待理；而赖我官吏将士之力，得使各省秩序粗就安宁，列qiáng邦jiāo克臻辑治，抚衷稍慰，怀疚仍多。方期及时引退，得以休养林泉，遂我初服；不意感疾，寖至弥留。顾念国事至重，寄托必须得人，依《约法》第二十九条，大总统因故去职，或不能视事时，副总统代行其职权。本大总统遵照《约法》，宣告以副总统黎元洪代行中华民国大总统职权。副总统忠厚仁明，必能宏济时艰，奠安大局，以补本大总统阙失，而慰全国人民之望。所有京外文武官吏，以及军警士民，尤当共念国步艰难，维持秩序，力保治安，专以国家为重。昔人有言：‘惟生者能自qiáng，则死者为不死’，本大总统犹此志也，中华民国五年五月六日。国务卿陆军，总长段祺瑞。外jiāo总长、jiāo通总长曹汝霖，内务总长王揖唐。财政总长周自齐。海军总长刘冠雄。司法总长、农商总长章宗祥。教育总长张国淦。”
袁死后，张一麐在他办公桌的抽屉中发现了他亲笔自撰的挽联：
为日本去一大敌；
看中国再造共和。
这是袁留以自挽的最后遗笔，但他真的是日本大敌吗？
有好事者对袁自称帝以至失败而死一幕丑剧戏为挽联云：
病起六君子；（此指洪宪六君子为祸首）
命送二陈汤！（二陈指陈宦、陈树藩，一汤指汤芗铭）洪宪六君子之首，帝制罪魁的杨度挽袁联云：
民国误共和，共和未误民国，千载而还再平是狱；明公负君宪，君宪未负明公，九泉之下三复斯言。
袁易篑前托孤寄命的共有四位要人，是段祺瑞、王士珍、张镇芳、徐世昌，还有“太子”袁克定也在病榻旁。徐世昌看袁是不行了，乃轻声地说，“总统有什么jiāo代？”
袁眨着惨白的眼光，上气不接下气，口中只说出了“约法”两个字，可是《约法》有新有旧的，袁所指的是新是旧呢？接受遗命的都有点茫然。旧《约法》规定总统不能行使职权时，由副总统继任总统。这是护国军方面坚持的。可是这个旧《约法》已被袁废止了。新《约法》是袁自己制定的，关于继任总统问题，规定由现任总统提名三人，写在一张名单上，藏之金匮石屋，俟总统死后取出来，在三位候选人中决选一人继任总统，这意思是避免大家竞争。金匮石屋的钥匙有三把，由总统、总理、参议院长各执其一，三把钥匙中需要有两把配合起来才能把“石屋”打开。
当袁说出“约法”两字而大家都感到茫茫困惑的时候，袁克定抢着补充一句话：
“金匮石屋”。大家把脸转了过来看袁，袁则似点头非点头，口里已经说不出话来了。
袁死后大家打开石屋一看，总统继承人的名单上写着三个名字，顺序排列是：
黎元洪、徐世昌、段祺瑞。
段祺瑞这个名字原来写的是袁克定，袁克定也知道这回事，所以才提议“金匮石屋”。
怎知袁病重时却瞒着儿子改为段祺瑞，而袁克定还蒙在鼓里。袁为什么要在死生俄顷之际修改名单呢？是不是“人之将死，其言也善！”其实这是袁高明之处，他知道他已众叛亲离，还要人拥立他的儿子，岂不是痴人说梦，而他的皇帝位子都保不住，怎能还有家天下的思想。在他最后一段政治生命中，他一手建立的北洋军系对他都不忠顺，他怎敢希望北洋诸将会拥护他的儿子！所以他死前及时把袁克定改为段祺瑞。
袁虽是6月6日清晨去世，但不省人事则是6月5日，6月5日这天正是yīn历端午节，由于袁被人称为癞蛤蟆，于此遂又得一证明，因为俗语有“癞蛤蟆难过端午节”。
袁断气时，家人环哭，哭得最不悲痛的，是袁克定，因为袁克定关心的是金匮石屋中的总统候选名单。
袁死后北京政府特派曹汝霖、周自齐、袁乃宽为大丧典礼承办员，丧礼条目凡十三条，奠祭事项八条。
丧礼议定条目：（一）各官署、军营、军舰、海关下半旗二十七日，出殡日下半旗一日，灵榇驻在所亦下半旗，至出殡日为止。（二）文武官吏停止宴会二十七日。（三）民间辍乐七日，及国民追悼日，各辍乐一日。（四）文官左臂缠黑纱二十七日。（五）武官及兵士于左臂及刀柄上缠黑纱二十七日。（六）官署公文封面、纸面用黑边，宽约五分，亦二十七日。（七）官署公文书盖用黑色印泥二十七日。（八）官报封面亦用黑边二十七日。（九）自殡奠之后一日起，至释服日止，在京文武各机关，除公祭外，按日轮班前往行礼，京外大员有来京者，即以到日随本日轮班机关前往行礼。（十）各省及特别行政区域，与驻外使馆，自接电日起，择公共处所，由长官率同僚属，设案望祭凡七日。（十一）出殡之日，鸣pào一百零八响，官署、民间均辍乐一日。京师学校均于是日辍课。（十二）新华公府置黑边素纸签名簿二本，一备外jiāo团签名用，一备中外官绅签名用。（十三）军队分班至新华门举枪致敬。