汤恩伯的医疗费很快就要用完了，他倒在病床上，曾经给胡宗南写了一封信，请求转交上峰，给他调拨一些医疗费，供自己使用，同时，他也做好了7月份出院的准备。可是年6月29日下午，汤恩伯胃部突然疼痛难忍，他再一次接受手术的时候，却意外病故于手术台上。
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一时间舆论哗然，很多人都愿意相信汤恩伯之死就是一桩谋杀案。关于杀害汤恩伯的凶手，坊间有三种说法：
1：汤恩伯是被的主治医生杀害。
2：怀疑是被上峰方面派人所杀。
3：被有仇的部下买通主治医师所杀。
汤恩伯死亡前挣扎的痛苦状态，倒很符合急性胃穿孔的病症，胃穿孔是溃疡病患者最严重的并发症之一，它的严重之处在于穿孔之后大量胃肠液流入腹腔，引起化学性或细菌性腹膜炎还有中毒性休克等，如不及时抢救可危及生命。急性胃穿孔的症状为突发性腹痛，疼痛剧烈，多在上腹部和右上腹部，渐波及全腹。
汤恩伯去世后，海外曾举行过隆重的追悼会，有目击者说，其规格至高，不亚于一国元首。