家所在的绒线胡同，也不时可见日军巡逻队和便衣特务的身影。
城陷之日，陈三立立于庭院中，仰望阴沉天空，老泪纵横，仰天长叹：“北平！故都！竟沦于倭奴之手！吾生于清季，见戊戌之败，庚子之辱，辛亥之变，以为国耻已极。不意垂暮之年，复见神州至此！此恨绵绵，曷其有极！”
他当即宣布绝食，以示抗议，并以死明志。家人闻之，大惊失色，纷纷跪求。长子陈衡恪泣劝：“父亲！留得青山在，不愁没柴烧。保全有用之身，方可期他日复见河山重光！况寅弟在外，妹妹（指陈新午，时在南方）皆倚赖父亲为精神支柱，岂可轻弃？”
陈三立神色决绝，声音虽弱，却字字千钧：“吾老矣，不能执戈杀敌，已愧对祖宗社稷。今敌寇占我都城，辱我文明，吾若苟活于敌蹄之下，与傀儡汉奸何异？绝粒而死，清洁其志，是吾所能为最后之抗争。衡儿不必再劝。汝与寅恪、新午，当各尽所能，为国效力，勿以我为念。”
他拒绝就医，亦拒进流食。每日仅饮少许清水，卧于病榻，神志时清时昏。昏沉中，常喃喃呼唤“复生”（谭嗣同）、“父亲”（陈宝箴），或痛斥“倭寇”、“汉奸”。清醒时，则与守护在侧的陈衡恪及孙辈谈论诗文，回忆往事，语气平静，仿佛交代后事。
其间，日伪政权闻其名，欲加利用，派人前来“慰问”，许以“文化顾问”等虚衔，企图诱其“合作”。陈三立闻之，怒目斥道：“吾乃大清遗民，民国百姓，岂能事倭寇伪庭？速去！勿污吾目！”来人悻悻而退。
绝食第八日，陈三立已极度虚弱，气若游丝。陈衡恪含泪守候榻前。老人忽然回光返照，示意取纸笔。陈衡恪连忙奉上。陈三立颤抖着手，却已无力握笔，只以手指虚划，口中发出微弱而清晰的声音，是一首绝命诗：
五十七年流血泪，春秋大义纪分明。
西山精舍遗编在，莫作寻常文字评。
吟罢，气息渐微，目光望向窗外，仿佛穿越硝烟，看到了遥远的西山故园，看到了毕生坚守的文化精魂所寄之处。民国二十六年（1937年9月14日）旧历八月初十日，一代诗坛巨擘、清末四公子最后一位见证者陈三立，在北平沦陷区的凄风苦雨中，绝食殉国，享年八十五岁。
噩耗传出，后方文化界、教育界纷纷举行追悼活动，赞颂其民族气节与诗学成就。国民政府亦明令褒扬。在江西义宁（今修水）故里，族人乡绅设灵遥祭。而最了解其精神世界的次子陈寅恪，当时正随校南迁，闻父亲殉
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