“彭先生真不简单，一辈子都在为科学贡献。”于敏院士于21日来医院探望时，对欧阳钟灿说。此时，彭桓武已经不能睁开眼睛了。
彭桓武从未惧怕过死亡，他早就留下遗愿：丧仪从简，不举行任何纪念仪式；骨灰与夫人刘秉娴的骨灰合并，不存放公墓，归返自然；藏书赠理论所图书馆，电脑、打印机和桌子、转椅等归还理论所；“两弹一星”金质奖章赠给国家一级的军事博物馆……
2007年2月28日21时40分，彭桓武在北京逝世，享年92岁。
北京医院和欧阳钟灿商量能否做病理解剖，本着彭先生一辈子为科学献身的精神，欧阳钟灿又致电彭先生在美国的儿媳，她也同意了。3月1日，彭桓武的遗体在北京医院接受解剖。
“亲戚或余悲，他人亦已歌。死去何所道，托体同山阿。”
3月1日，黄祖洽院士像往常一样来到办公室，打开电子邮箱，未料想却收到彭桓武病逝的噩耗。一瞬间，彭先生给他的师生之情、教育之恩如暴风雨般袭来，他任泪水横流，挥笔写下：
文章道德，体现遗爱；高尚理想，后人承载。
彭桓武先生逝世的消息传出，诺贝尔物理奖获得者李政道先生向中科院理论所发来唁电：
钟灿所长：
惊悉彭桓武老师2月28日不幸病逝，不胜悲痛，谨致深切哀悼。
桓武师是一位非常杰出的理论物理学家。在他从事科学研究70多年里，在理论物理的研究中，先后与着名物理学家马克斯·破恩、海特勒等合作，在固体物理、介子物理和量子场论等方面做出了世界物理学界所公认的重要成绩，在物理学史上书写了光辉的一页。他更为祖国的强盛和科学技术事业的发展做出了杰出的贡献，并为祖国培养了几代物理学人才。他是一位真人真学者，我非常敬佩他。他的科技思想之开阔和求深、治学之严谨、人格之高尚，都是后人要认真学习和发扬的。他的逝世对祖国的科学和教育事业是一个巨大的损失，也使我们失去了一位良师益友。他的学术思想、治学精神和高尚人格无疑将同天上的“彭桓武星”一样与日同辉。请代向桓武师的家属转达我对他们的亲切慰问。
李政道2007年3月2曰
“两弹一星”功勋奖获得者陈能宽院士在2日下午惊闻噩耗：彭公走了！陈能宽因2006年4月不幸摔伤腿，股骨脱臼，一年多来很少走动，也就没来得及去医院看望彭桓武。现在算来，两个人的最后一次见面还是在2005年的春天，陈能宽拜访彭桓武的新家，两人品诗论词，畅聊两个多钟头，好不惬意。但现在，陈能宽再也听不到彭公亲切地喊他“老陈”了。
如今往事只能回味，陈能宽向《科学时报》记者回忆起与彭桓武一起工作的时光，说：“很多人都以为我们在一起只会谈科学谈研究，其实我们的话题很多，即使是在做两弹一星研究的时候。我们在一起从来不会冷场，都是抢着说话，从科学问题到诗词，甚至到天文、地理、宗教。偶尔也会拉家常，他给我讲他的父亲、爱人、儿子……其中，有一个问题是我们每次闲谈或谈话必不可少的，就是关于年轻人的培养。彭公常说，摸爬滚打应该是在年轻的时候，年纪大了，心有余而力不足。年纪大的人就做两件事：一是把握方向，让年轻人少走弯路；其次是培养年轻人，不光是技术方面，也要在道德品质、修养方面进滴养。
与陈能宽一起得到彭桓武去世消息的还有中国科学院院士陈佳洱。陈佳洱闻听后，感到万分悲痛，他叹惜：“彭桓武先生的去世，是物理学界的巨大损失！”
3月的北京，天空沉沉，雨雪绵绵，天地同悲！
3月6日出版的《科学时报》以四个版面的大篇幅做了详细的“纪念彭桓武先生特别报道”彭桓武的老同事、老朋友和学生均表达了对他无尽的哀思。
杜祥琬院士追忆道：“彭先生一生有两个动力，一个是国家战略需求，一个是对科学的执着追求。这两个动力推动着一位科学家为祖国工作了六七十年……老先生们一个一个地离去，他们创造了载入史册的业绩，而他们的价值观和经验则是最宝贵的……彭先生这几十年的工作，包括应用性很强的核武器的突破、基础性前沿性很强的理论物理工作。从他身上，我看到科学技术的发展有两类动力，一个是国家需求，一个是对科学的执着追求。钱先生推荐他到九所去工作，他就隐姓埋名为中国的核事业毫不犹豫、毫无怨言地工作；后来，他的夫人去世后，将近30年独自一人生活，他靠的是对科学的执迷、对真理的追求，一直活得很有劲头……彭先生为国家、为科学奉献了全部的智慧和一生的精力，自己不留任何东西。他是一个真正的科学家，唯真求实，踏实地做学问……彭先生不太善于言辞，不是一个擅长演说的人，如果让他讲非技术、非科学的东西，他不大会讲，但是讲起物理学来非常有条理……科学理念本身就具有朴实性和实践性，这在彭先生身上体现得很好。他始终工作在第一线，亲自推导公式、方程；他虽是理论物理学家，但却非常重视实验。今天的科技界尤其需要这样的精神，在市场经济体制下，如何树立为国家、社会贡献的价值观，而不是满足于自己出几篇文章、得几个奖项等。这些不是目标，而是为国家社会贡献的结果。彭先生从来没有想过要得什么奖，他是科学家做人的楷模粒子物理学家戴元本院士是第二天晚上知道彭桓武先生去世的，是夜，他几乎一夜未睡，与彭先生相识的30年经历顿时浮现在了脑海里。
戴元本告诉《科学时报》记者，2006年彭桓武做的平生最后一场报告，讨论的是将粒子物理标准模型中的规范理论和爱因斯坦引力理论统一起来进行描述。这个报告，彭桓武讲了将近两个小时，“他讲得很仔细，从里面可以看出他不是大致想想这个问题，而是自己进行了计算，他把自己详细的计算都讲了出来。他的思维始终很清楚，非常严密。他严密思考的能力以及抓住物理基本问题的能力就像个年轻人。我们都很惊讶。我自己做到彭先生那样都很困难，我现在79岁，可能跟他接近，但到他那个年龄肯定远不如他。”
提起那次报告，戴元本心中有一个旁人都不知道的遗憾。他继续告诉记者，彭桓武在做报告之前，特别希望他能去，因为他是搞粒子物理研究的，彭桓武很希望能和他交流，但当时他们交流不多。“回来后，我一直在想那个事情，本想今年春节去拜访他的时候，再详细跟他谈论那个报告。”然而，戴元本没有料到，彭桓武病来如山倒。1月底，他去医院看望彭桓武，正好那天他的病情开始恶化，精神状态很不好，戴元本就没有提讨论的事。戴元本满怀无比的遗憾：“以后都不会有机会和他讨论这个问题了。”
戴元本无力从悲伤中走出来。他为彭桓武先生晚年孤独的生活而哀伤痛心。他告诉记者：“彭先生的去世，或许跟他儿子去世也有关系。”彭桓武儿子2005年底不幸患病去世，在众人眼里彭桓武表现得很坚强，仿佛若无其事。但细心的戴元本看出了彭桓武的变化。他发现彭先生的身体从那个时候开始变差，精神明显不如从前。他知道，三年前，正是为了儿子从美国回来上楼方便，彭先生才搬进了有电梯的新宿舍楼。但彭先生的儿子最终还是没能回来，他心里承受了多么大的痛苦啊，这痛苦旁人是无法理解和承受的。2006年除夕，欧阳钟灿院士和吴岳良副所长走进彭先生家，要陪伴彭先生一起过除夕夜。但他们刚坐下，彭先生就跟他们讨论学术、讨论物理，不多久就下了“逐客令”说他要工作了，他不要他们陪他过除夕。
彭桓武作为世界知名物理学家，他逝世的消息也逐渐出现在国内外各大网站上。