1943年5月12日上午，国民政府主席林森准备前往重庆国民政府大楼出席加拿大新任驻华公使欧德伦(有说是挪威公使)递交国书的仪式。清晨，他洗漱完毕，用过早餐后，即开始更衣。林森穿上一件八成新的蓝士林长袍马褂，足蹬布鞋，肩上斜披了一条红色丝质绶带，又佩戴上了一枚青天白日勋章。
一切整理完毕，即登车出发。林森的座车是一辆黑色别克轿车，是美国总统罗斯福赠送的，车的玻璃和钢板都具有较强的防弹功能。车牌是黑底白字，车号为“渝001”。车前的另一块牌子则是白底红字，上面是楷体的“国民政府”四字。
林森车祸受重伤
从林森的双河桥官邸到市区的国民政府，有30多公里远。林森的司机是南京人，为林森开车多年，是当年随国民政府西迁时来重庆的，驾驶技术相当精湛。为了赶时间，司机将车子开得稍稍快了一点。当车子开到小龙坑的三岔路口准备转弯时，突然一辆大卡车高速驶来，林森的别克车立即紧急避让，幸好只是轻度擦撞。但司机将方向盘急向右打时，重重地撞到了一棵树上，又弹了回来。林森坐在后排，从座位上被震了下来。车子震动时，坐在前排的一名卫士连忙回头，只见林森已爬起来，坐回到位子上，连说没有事。
汽车在小龙坑抛了锚。周围的百姓看到是国民政府的车，纷纷围了过来。宪兵一看人多了，就开始维持秩序。因车子质量好，稍加修理就恢复了正常，于是继续向市区开去。到达国民政府时，已是9时45分光景，离举行仪式已不到15分钟。
国民政府中，文官处、参军处以及仪仗队早已准备就绪。林森的座车开到国府门前停下，卫士准备扶林森下车时，只见林森的头已歪靠在了一边，说话已含糊不清。这时，文官长魏怀、参军长吕超急忙吩咐人将林森抬到国民政府大厦的一间客厅里。不多久，中央医院的院长赶来了，蒋介石、宋子文得知消息都赶来了。一时间，前往探视者络绎不绝。为使林森休息好，参军处即发布了一个公告：凡探病人员，请参阅病段报告，在探病签名簿上签名致意即可，不必入内。
经李医官初步诊治，林森的血压为86－198mmHg，脉搏紧张度甚大，右侧上下肢均不能运动，言语困难，口角歪斜。后中央医院又先后有八位医生赶到国府会诊，诊断是脑溢血症。
各方高度关注林森病情
林森突遇车祸，还有一种通行的说法，即5月10日，林森在国民政府公毕，在回官邸的路上，与一车相撞，汽车反弹到路边的树上，林森头部受到震动，当时只是略感不适。至12日上午准备赴国府出席外国大使递交国书仪式，上车后感到右脚发麻，动作困难，在将要到达国府时突然晕厥。之后的三天中，国民政府未作任何报道。直到5月16日，才在《中央日报》上发布了这样一条消息：
林主席自十二日起，政躬违和，经疗治已逐渐恢复健康，惟尚须休养，暂不接见宾客。
此后，几乎每天都由文官处发布林森的病情公告，在《中央日报》上对外公布，包括血压、呼吸、脉搏等。中共中央在重庆出版的《新华日报》，以及重庆各主要报纸，根据文官处发布的消息，每天也刊出了有关林森病况的报道。
在林森的病情稍稍稳定后，即于5月26日由国民政府迁回林园官邸继续休养。
自林森车祸后，各方对此事都十分关注。美国总统罗斯福、英王乔治等特发来电报表示慰问，美国大使、苏联大使等外国使节也前往探视林森的病况。
中共中央主席毛泽东亦对林森的病情表示了慰问，并特意委托周恩来为代表前往林森的林园官邸探视。周恩来前往探视后，发现林森所住的双河桥官邸靠近新建成的成渝公路，林森躺在病榻上就能听见不远处汽车的轰鸣声。为此，周恩来特向重庆当局建议，将这条路进行改道，以确保林森主席能安静地休息。很快，当局责成有关施工单位，将成渝公路进行了改道。
此后，林森病情一直不太稳定。至7月31日，病情开始恶化，8月1日下午7时零4分，林森在双河桥官邸病逝，终年76岁。
国民党举行隆重国葬
林森逝世后，重庆的《中央日报》、《新华日报》等主要报纸，都刊载了国民政府文官处发布的林森患病经过的公告及逝世的消息。中共解放区的报纸也迅速报道了林森逝世的消息。
8月1日当晚11时半，国民党即召开了中常会，通过由蒋介石代理国民政府主席职务的决议，以及林森的治丧事宜。
国民政府为林森举行了极为隆重的丧礼。
国民政府通知五院及各部，各省市政府，并昭告国民周知；外交部通知各国驻华使领馆，并转知驻在国政府，并昭告侨胞。8月1日起，所有党政军机关停止娱乐活动一个月。全国各机关下半旗致哀一个月，民间下半旗三天。中央广播电台则反复播放林森在1943年元旦发表的坚持抗战到底演说的广播讲话录音。
大殓的灵堂设在林森的双河桥林园主席官邸。8月2日为公祭日。党政军官员首先进行了公祭。重庆全市停止交通三分钟，民众肃立，鸣礼炮101响。
2日下午4时半，国民党总裁蒋介石亲临林园的灵堂祭奠。此后，各界人士纷纷来到这里进行祭奠……
8月7日上午，公祭林森的典礼分别在重庆的双河桥、市内的新运服务所以及夫子池忠义堂举行。典礼开始后，每隔30秒，即鸣放礼炮一发，直至101响。官方及民间人士络绎不绝地前往吊唁。同时，在重庆以及全国各地都设置灵堂进行了吊唁活动。
1943年11月17日，国民政府以国葬之礼将林森葬于重庆双河街山洞的林园。国民政府为林森修了一座规模不大的水泥陵墓，外形颇似南京国民政府第一任主席谭延闿的陵墓，但没有谭墓那么多的墓道、祭堂、亭台楼阁等建筑。由叶楚伧作墓志铭的铭文，吴敬恒篆额，居正缮写碑文。文曰：……公生平宁静淡泊，勤整廉贞，举措抑扬，不私奸匿，造次颠沛，不离规矩，居常和易，童稚可亲。临大难，持大节，则峥峥岳岳，凛乎如神……林森逝世后，国民党亦称其为“一代完人”、“千秋模范”。
林森逝世后，国民政府发布褒崇令曰：林故主席子超先生，以高龄钜德，任职十有二年，恭已临民，睿谟默运，育成民德，邦本用宁。故能临大事，决大疑，处变而不惊，慎谋而能断。洵足光耀史乘，表率群伦。
其不免有溢美之词，但在国民党党政军界，以林森如此洁身自好，平易近人，不媚权势，恬静淡泊，而且受到各方尊重、口碑颇佳，恐怕真是凤毛麟角了。
中共高度评价
林森逝世时，正值抗战进入艰苦的时期。由于林森力主国共合作，竭力推崇包括中共在内的各党各派组成的国民参政会，一贯坚持“抗战到底”，坚决反对卖国求和；是一位德高望重、清廉持正、与世无争且很得人缘的国家元首，所以不仅国民党内对他很尊重，全国各个阶层、各个党派对林森的逝世也都十分关注。
8月2日，中共中央在重庆出版的机关报《新华日报》，为林森的逝世专门发表了一篇社论，题为《为元首逝世致哀》。中共中央主席毛泽东亲自为中共中央起草了唁电，悼念林森的逝世。电报的全文如下：
国民政府林主席治丧委员会公鉴：国府主席林公，领导抗战，功在国家。兹闻溘逝，痛悼同深！谨此致唁。中国共产党中央委员会。八月四日。
“领导抗战，功在国家”，这是中国共产党不计前嫌，从全民族利益出发，对林森在抗战中坚持国共合作、团结御侮、奉行坚决抵抗日军侵略政策的言行给予的充分肯定，也是一个恰如其分的评价。
8月15日下午2时，延安各界数千人在边区大礼堂举行了隆重的公祭国民政府主席林森大会。
会场庄重肃穆，台上悬挂着林森的巨幅遗照，两侧放满了花圈，正面横批书有“追悼国府林故主席，要实行革命的三民主义，反对封建买办的法西斯主义”一行大字，会场遍贴“坚持抗战、团结进步”等标语。大会由林伯渠主祭，吴玉章与续范亭陪祭，边区政府分区的两名专员为司仪。林伯渠发表讲话说，我与林故主席都是同盟会老友，老国民党员。他的逝世，于公于私都甚悲悼……他并以延安各界的名义发布了“公祭林故主席祭文”，要求全国各界“在抗战空前险恶之秋，坚持抗战，团结进步，反对投降、分裂、倒退，再接再厉，驱敌出国，中华民族自当独立于地球”，全国人民要“风雨同舟，不胜不休，争取自由……”林故主席“如而有知，必赋同仇”。各位发言者都高度评价了林森团结抗战到底的一贯精神，抨击了国民党少数将领对抗战前途的失望、作战不力、甚至投降，以及顽固派不顾抗战大局对边区政府的进攻。
