1898年9月21日，政变发生后的当天中午，谭嗣同正在自己的寓所里同梁启超商议对策。二人对坐床上，苦心焦虑。忽然有人报告朝廷派人来南海会馆搜捕康有为，又听说慈禧宣布垂帘训政，两个人大惊失色，深深地担忧康有为的安危，痛惜维新变法事业惨遭夭折。谭嗣同从容地对梁启超说：“过去我们筹划救皇上，现在已不能救了，今天我们想救康有为也了无办法。我已无事可办，只是等待就义的那一天了！虽然这样，我们知道天下事并非尽如人意，你可以试入日本使馆，谒见伊藤博文，请他致电日本驻上海领事在那儿救护康先生。”
这天晚上，梁启超按照谭嗣同的主意赴日本使馆，而谭嗣同却终日不出门，等待着唐才常率哥老会“健儿”的到来，以求从瀛台救出光绪皇帝。但是，事情正值千钧一发之际，容不得更多地等待，他立即与大刀王五商议劫出光绪皇帝的计划。不料，自从政变发生后，紫禁城外每一处岗哨，就增至20人，往来巡查，日夜不息，而且各土门戒备森严。这样，劫救光绪皇帝的计划不得不放弃。
为了保存维新力量，以图再举，大刀王五苦劝谭嗣同暂作躲避，并愿意做谭嗣同的保镖，护送他出京。但是，谭嗣同坚决不同意。他把心爱的“凤矩”宝剑赠给大刀王五，以作纪念。这时，谭嗣同已做好了流血牺牲的准备。
9月23日，谭嗣同已经知道牺牲在所不免，但他不顾自己的安危，毅然去日本大使馆，劝说在那里避难的梁启超，东赴日本，以待来日。他对梁启超说：“没有暂避时艰的人，便无法寻机再举；没有为事业而牺牲的人，就不能激励后来的人”。之后，谭嗣同和梁启超一同去会见英国传教士李提摩太，商讨劫救光绪皇帝的办法，决定由容闳去见美国公使，梁启超去见日本公使，李提摩太去见英国公使，请他们设法保护光绪皇帝。但那时这几个外国公使均不在，因而这一设想又落空了。
在与梁启超告别时，谭嗣同把自己所著的诗文辞稿本数册和一箱家书托咐给梁启超，在生死离别之时，谭嗣同和梁启超紧紧地抱在一起。
从使馆回到寓所，谭嗣同仍与几位志士谋划营救之事，一直到入狱。一天，日本使馆派人来到寓所，提出可以设法保护，让谭嗣同安全出京。来者苦劝，谭嗣同慷慨地说：“各国变法，无不从流血而成，今日中国未闻有因变法而流血者，此国之所以不昌也。有之，请自嗣同始！”
9月24日，谭嗣同在寓所——浏阳会馆的“莽苍苍斋”被清政府逮捕。谭嗣同入狱后，被囚禁于刑部监狱。大刀王五为了使谭嗣同少遭狱吏的折磨，专门给狱吏送去钱。谭嗣同在狱中视死如归，慷慨激昂地在囚室中壁上写下了：
望门投止思张俭，
忍死须臾待杜根，
我自横刀向天笑，
去留肝胆两昆仑。
他想到汉朝的张俭和杜根不畏权贵，勇敢地劝谏太后归劝皇帝而遭到残害，到处流浪，历尽人间的苦难，可是他们却受到人们的尊敬和爱戴，死后而流芳千古。谭嗣同感慨变法事业虽然遭到慈禧太后为首的封建顽固派的扼杀，但是改造中国的事业决不会就此而停止，这一次夭折必然唤起更多的志士为之而奋斗。在反动统治者的屠刀面前，谭嗣同大义凛然，视死如归。他又想到康有为，并寄望康有为继续承担起维新变法大业，“他的去和我的留，都是肝胆相照，像巍然屹立的昆仑山一样的巨人”。
谭嗣同等维新志士被囚禁后，封建顽固势力更加猖狂。兵部掌印给事中（掌管国家军事力量部门中的官员）高燮（Xi6）曾和福建道监察御史（掌监察百官的官员）黄桂鋆（y*n）上奏，主张早日处决谭嗣同等人。刑部尚书赵舒翘在慈禧太后召见时，恶毒地说：“这些无父无君的禽兽，杀无赦”，是不必讯问的。这些话都说到了慈禧的心坎上，她无不为斩尽杀绝维新志士而后快，但是慈禧太后的残酷屠杀，便预示着这一统治的危机将更快地到来。
9月28日，是北京最暗的一天。北京宣武门外菜市口刑场上，临时竖起六根木柱、木柱前绑着六个维新志士。他们是谭嗣同、杨锐、刘先军、林旭、杨深秀、康广仁。刑场上聚集了很多人。只见谭嗣同正气凛然地对监斩官刚毅喝道：“你过来，我有话讲！”刚毅不敢正视，仓皇示意刽子手，立即行刑。谭嗣同对围观的群众大声说道：“有心杀贼，无力回天，死得其所，快哉，快哉！”谭嗣同面对屠刀毫无惧色，英勇就义。
这一年他才33岁。
谭嗣同为了自己的理想，为了国家的强盛，牺牲了宝贵的生命。大刀王五满怀悲哀地为这位志士收敛了尸体。第二年，谭嗣同的骨骸被运回湖南浏阳原籍。在城外石山下建造了志士的陵墓。
戊戌政变后，维新变法运动宣告失败。谭嗣同的家乡——湖南，陈宝箴被革职，新上任的巡抚俞廉三，在慈禧后面亦步亦趋，全部摧毁了湖南新政时期创办经营的各种事业，囚禁、罢黜或放逐支持或赞同维新变法的人，经过血腥的镇压之后，光绪皇帝所颁布的变法措施除京师大学堂和保甲制度被保留下来以外，其他全被取消。
在这场资产阶级革命封建政治制度，推进资本主义经济发展，开创新式文化教育事业的运动中，谭嗣同是一个核心人物。他的思想闪耀着追求民主政治理想、深刻批判封建的专制制度及其相适应的意识形态，勇往直前无私无畏精神的光辉。他的爱国思想、对传统的批判精神激励着后人为民族的振兴和国家的强盛而执着地奋斗。