1931年11月18日，徐志摩乘火车由上海到达南京；19日上午8时，乘中国航空公司“济南”号飞机由南京飞往北平。飞机师王贯一、副机师梁壁堂，年龄均为36岁。飞机上除运载了40余磅邮件外，乘客仅徐志摩一人，也是36岁。开始天气甚佳，不料在党家庄一带忽遇漫天大雾，飞机师为寻觅航线，降低飞行高度，不慎误触开山山顶，机油四溢，机身起火，坠落山脚。待村人赶来时，两位飞机师已烧成焦炭。徐志摩座位靠后，仅衣服着火，皮肤有一部分的伤，但他额头撞开一个大洞，成为致命创伤。当晚，细雨霏霏，似乎是在哀悼天才诗人的早逝。

21日下午，徐志摩的灵柩暂停在济南福缘庵，后由友人沈从文、梁思成，亲戚张嘉铸等主持，将遗体运往上海，由万国殡仪馆重殓，在静安寺设奠，最后安葬在诗人的故乡浙江海宁硖石镇东山万石窝，墓碑系书法家张宗祥所题。

一代诗魂，悄然离去。60岁的徐申如听到消息时，老泪纵横，凄然叹道：“完了！”爱恨情愁，悲欢离合，全部带走了。这一年的4月，妻子病故，11月，儿子又死于非命。老人痛不欲生。这一声炸响，更惊醒了纸醉金迷中的陆小曼，她写下了哀婉凄绝的挽联：

多少前尘成噩梦，五载哀欢，匆匆永诀，天道复奚论，欲死未能因母老；

万千别恨向谁言，一身愁病，缈缈离魂，人间应不久，遗文编就答君心。

徐志摩遇难的噩耗传出后，在文艺界引起很大震动，就连一度跟他笔墨相讥的鲁迅也从《时报》上剪下了关于这次空难事件的报道。徐志摩一向将年长自己6岁的胡适视为兄长。噩耗传来，胡适更是痛心疾首，他在徐志摩遇难次日的日记中感慨地写道：“朋友之中，如志摩天才之高，性情之厚。真无第二人！”并写了《追悼志摩》一文寄托哀思：“……他的失败是因为他的信仰太单纯了，而这个现实世界太复杂了。他的单纯的信仰经不起这个现实世界的摧毁。”周作人说：“中国新诗已有十五六年的历史，可是大家都不大努力，更缺少楔而不舍地继续努力的人，在这中间志摩要算是唯一的忠实同志。”梁实秋则认为：“志摩的天才在他的散文里表现最清楚最活动。”沈从文号召：“纪念志摩的唯一方法，应当是扩大我们个人的人格，对世界多一分宽容，多一分爱。”

蔡元培的挽联最为精妙：“谈话是诗，举动是诗，毕生行径都是诗，诗的意味渗透了，随遇自有乐土；乘船可死，驱车可死，斗室坐卧也可死，死于飞机偶然者，不必视为畏途。”

徐志摩遇难后，文坛才俊纷纷撰文纪念，唯诗人闻一多迟迟没有反应，以致他的学生臧克家不禁发问，“你是公认的徐的好朋友，为什么没有一点表示呢？”闻一多回答，“志摩一生，全是浪漫的故事，这文章，怎么个做法呢？”

林徽音得知徐志摩为了省几个钱和赶时间来听她在协和医院小礼堂的讲演，从南京搭乘邮政飞机赴京，途中因大雾在济南撞山铩羽而亡的消息，痛心如焚。除了一手张罗徐志摩后事，还写下了悼怀徐志摩纯真友情的诗歌《别丢掉》：“别丢掉／这一把过往的热情，／……你仍要保存那真！／一样是月明，／一样是隔山灯火，／满天的星，／只使人不见……”1934年11月，林徽因和梁思成去南方考察路过硖石，停车的几分钟里，她下了车，在昏沉的夜色里，独自站在车门外思念。1935年，林徽音发表了《纪念志摩去世四周年》一文，内有“凝望着幽黯的站台，默默的回忆许多不相连续的过往残片，直到生和死间居然幻成一片模糊，人生和火车似的蜿蜒一串疑问在苍茫间奔驰……如果那时候我的眼泪曾不自主的溢出睫外，我知道你定会原谅我的。”她将徐志摩乘坐的焚烧过的一块飞机残片拿回家置于起居室中，一直到她1955年辞世。林徽因在《纪念志摩去世四周年》一文最后一段写道“你走后大家就提议要为你设立一个‘志摩奖金’来继续你鼓励人家努力诗文的素志，勉强象征你那种对于文艺创造拥护的热心，使不及认得你的青年人永远对你保存着亲热。”徐志摩的朋友们的确拟定了《徐志摩纪念奖金章程草案》。此草案的拟定寄托了徐志摩朋友对徐志摩深切怀念的感情，但由于时局动荡不安，新月派文人离散，方案未能施行，这不能不说是一个遗憾。

徐志摩乘飞机失事，20日晚赵元任心情沉重地把《大公报》上刊登飞机失事的消息剪下来，加上注，贴在日记里。他写道“晚听说徐志摩坐飞机上死了!!!，可惜徐志摩没能听到《海韵》的演出。”徐志摩遇难后，他写给陆小曼的诗歌《海韵》，便由赵元任谱曲成歌，一时成为“绝唱”。