据郁达夫回忆说：“当时陆小曼听不进劝，大发脾气，随手把烟枪往徐志摩脸上掷去。志摩连忙躲开，幸未击中，金丝眼镜掉在地上，玻璃碎了。”徐志摩一怒之下，负气出走。18日，他乘早车到南京，住在朋友何竞武家。他本打算再乘张学良的专机回北京，但临行前，张学良通知他因事改期。徐志摩为了赶回北京参加19日晚举行的林徽因的学术讲座，便托人疏通关系，于19日早上免费搭乘中国航空公司的一架“济南号”邮政班机，飞往北京(当时称北平)。
登机之前，他还给陆小曼留了一封短信说：“徐州有大雾，头痛不想走了，准备返沪。”但最终他还是走了。当天11点35分，飞机飞至济南上空时，遇到了大雾天气。为了寻找航线，驾驶员不得不一再降低飞行高度。就这样，灾难在一瞬间发生了，飞机一头撞到了济南西南的北大山上，立即爆炸起火，徐志摩和机上的两位驾驶员一同罹难。对徐志摩罹难的情景，沈从文在1931年11月23日写给友人王际真的信中曾写道：
志摩11月19日11点35分乘飞机撞死于济南附近“开山”。飞机随即焚烧，故二司机成焦炭，志摩衣已尽焚去，全身颜色尚如生人，头部一大洞，左臂折断，左腿折碎，照情形看来，当在飞机坠地前人即已毙命。
还值得一提的是，据陆小曼的表妹吴锦回忆，陆小曼曾多次跟她讲起一件奇怪的事：徐志摩坠机的那天中午，悬挂在家中客堂的一个镶有徐志摩照片的镜框突然掉了下来，相架跌坏，玻璃碎片散落在徐志摩的照片上。陆小曼预感到这是不祥之兆，嘴上不说，心却跳得厉害。第二天一早，南京航空公司的保君健就跑到徐家，给陆小曼送来了噩耗……
徐志摩遇难后，他的遗体先被抬到附近的一个铁路桥洞里。20日，又移到了济南近郊的福缘庵停放，并在济南中国银行一位职员的帮助下装殓起来。22日上午9时半，梁思成、金岳霖、张奚若三人从北京赶到济南，会同连夜从青岛赶来的沈从文、闻一多、梁实秋、赵太侔等人一起，到福缘庵吊唁并瞻仰了徐志摩的遗容。对这次吊唁和瞻仰仪容的情况，徐志摩的生前好友沈从文先生在《友情》一文中，曾作了详细记述：
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