1934年5月下旬，顧作霖又壹次帶病到廣昌前線視察。就在戰役激烈進行當中，顧作霖突然心臟劇痛。劇痛使他不由的蹲下身子。身體還未完全蹲下，壹口血便從顧作霖心口奔湧而出。警衛員急忙跑過去扶住顧作霖。未等警衛員跑到，顧作霖便不省人事地倒了下去。
情況迅速上報到朱德那兒，朱德大驚，急忙下令把顧作霖擡下火線，送到戰地醫院全力搶救。由於情況緊急，朱德又親自向博古作了匯報。博古大驚之余也作了重復指示，下令不惜壹切代價全力搶救。然而，戰地醫院極差的醫療條件顯然於事無補，顧作霖仍舊未醒。情況再次反映到博古那兒，博古再次下令，火速送往瑞金中央紅色醫院，並通知院長傅連璋親自會診。
第二天，顧作霖被火速擡進了位於瑞金葉坪洋岡下的中央紅色醫院。院長傅連璋得到通知後早已等候在醫院組織搶救。然而限於當時的醫療條件，更因顧作霖積疾重患，加之廣昌到瑞金路途遙遠，耽誤了搶治顧作霖的最佳醫療時間。即使是中央蘇區最好的醫院、中央蘇區最好的醫生，顧作霖最終還是於1934年5月28日晨在傅連璋無奈的眼神中，永遠的閉上了他那雙年青的眼睛，年僅26歲。