到达南昌十多天后，戊戌政变突然爆发，慈禧太后重新掌控政权，光绪帝被软禁于瀛台，戊戌六君子遭到杀害。
翁同龢得知政变的消息后，心情沉重，头昏目眩。八月十五日，他乘轮船赶回常熟。八月二十三日抵达上海，应恽莘耘的要求在上海停留一天，并了解到北京近期的情况。当他得知谭嗣同等人的密谋以及袁世凯的背叛时，感叹道：“鼠辈谋逆，陷我神明，并贻无穷之祸，真堪痛哭。”
十月二十日，清廷下达命令，将翁同龢革职，永不叙用，并交由地方官编管。十二月，翁同龢搬到了虞山鹁鸽峰下的新居“瓶庐”。在被革职的日子里，他每日诵读《法华经》，研读《易经》《庄子》《荀子》等书籍，并练习书法和绘画以打发时间。尽管身处逆境，翁同龢依然关心国家大事和光绪帝的命运，每当听到有关己亥建储、庚子国变等消息时，他总是忧心忡忡，难以平静。
光绪二十七年（1901年）十月，慈禧太后和光绪帝回銮北京，翁同龢本想前往开封迎接圣驾，但因无人引荐而未能成行。直到光绪三十年（1904年）四月，慈禧太后因庆祝自己的七十大寿，下令将戊戌年被革职的官员开复原职，监禁的地方官管束人员一概释放。翁同龢得知此消息后，感慨地说：“逋臣如得邀此宽典，虽一息尚存，当伏谒君门。”然而，他并未真正被开复原职。
在被解除管束后，翁同龢曾乘船游览苏州、杭州、萧山等地。然而，这次旅行之后，他便卧病在床。张謇曾在五月十八日前往虞山探望病中的翁同龢，两人谈论了立宪的问题，翁同龢对此表示赞同。五月二十一日，翁同龢病情加重，他向身边亲属口占一诀别词：“六十年中事，伤心到盖棺。不将两行泪，轻向汝曹弹。”并引用《论语》中的句子自撰挽联：“朝闻道，夕死可矣；今而后，予知免夫。”当天晚上，翁同龢在虞山鹁鸽峰祖坟旁的家中逝世，葬于祖坟西侧。
翁同龢去世后，庆亲王奕匡曾请求为他开复原官，但被慈禧太后拒绝。直到宣统元年（1909年）十月初三日，在两江总督端方的请求下，清廷才开复了翁同龢的原官。中华民国三年（1914年），在遗老邹嘉来、吴郁生等人的请求下，逊帝溥仪追赠翁同龢谥号“文恭”。