1944年，戰局發展對日本越來越不利，日本統治集團內部的矛盾也不斷加劇。東條內閣陷於四面楚歌之中。7月18日，東條內閣被迫辭職，以小磯國昭任首相的新內閣組成。根據東條的提議，梅津接替東條擔任參謀總長，負責全面的侵略戰爭。1944年8月，梅津擬訂日本陸海軍作戰的指導大綱，制定“以帝國本土為核心圈，確保作為資源要域的南方圈，以及聯絡兩者的要域，徹底完成有組織的戰爭，向使敵屈服邁進”的根本方針。他把自己以前統率的關東軍精銳部隊大批調往太平洋戰場，45年頭3個月，24個師團的關東軍就被他抽調了21個，代之以從守備隊中升級和征召的後備役部隊，人數上關東軍雖然還保持70萬人，可戰鬥力連以前的三分之壹都沒有了。
但是，太平洋戰場以及日軍在亞洲、在中國的軍事進攻已呈頹勢，他百般無聊之下，連氣球飄炸美國的怪招都使出來了。在1944年的菲律賓決戰中，由於受到臺灣臺灣海空戰謊報戰果的影響，大本營參謀瀨島龍三秉承天皇的旨意，變更預定作戰計劃，決戰地點由馬尼拉改為萊特島，以致萊特灣海戰陸海軍配合混亂而慘敗。1945年4月後，在美國登陸沖繩、蘇聯廢除中立條約，日本甚至要依靠調動中國大陸的日軍以維持戰局。他在大連和關東軍司令山田乙三和中國派遣軍岡村寧次舉行三巨頭會議。指示岡村收縮在武漢以南的兵力，集中4個師團備用。天皇問他收縮兵力對戰局有無影響，他上奏道：由於美軍飛機以馬裏亞納為基地轟炸日本，因此收縮中國占領地對戰局並無影響。同年6、7月間，日軍大本營統帥部發出“決號作戰準備”（即本土作戰方案）的指令。7月26日，美、英、中三國發表促令日本投降的《波茨坦公告》。8月6日，美國在日本廣島投下了第壹顆原子彈。8月9日，蘇聯對日本宣戰。8月11日，美國在日本長崎投下第二顆原子彈。 1946年1月，根據波茨坦公告懲處戰犯的規定，駐日盟軍最高司令部發布特別公告，宣布在東京成立遠東國際軍事法庭，審判及懲處犯有破壞和平罪、破壞戰爭法規罪和違反人道罪的日本首要戰犯。盟軍最高司令部從1945年9月11日開始，先後以重大戰爭罪犯嫌疑名義，逮捕東條英機等人。梅津雖然長期身居軍隊要職，罪惡多端，但是美國方面卻沒有把梅津列入戰犯名單之內，後來，蘇聯以梅津擔任關東軍司令官達五年之久，陰謀對蘇戰備為由把他和駐蘇大使重光葵逮捕，並被關進巢鴨監獄。遠東國際軍事法庭於1946年5月3日上午在舊日軍陸軍省內開庭審判。在審判期間，梅津仍堅持其頑固立場，拒不認罪，自翊為“忠實的軍人”，必須“忠實於自己的信念”，以此為由對罪責壹概加以推卸。並聲稱人世間不會對他做出恰當的評價，只有上帝才會對他做出公正的裁決。遠東國際軍法庭於1948年11月20日以戰爭罪（十八年間壹貫為控制東亞及太平洋的陰謀、對華實行侵略戰爭、對美實行侵略戰爭、對英實行侵略戰爭、對荷蘭實行侵略戰爭，對蘇聯實行侵略戰爭、）判處梅津無期徒刑。此時他已經患上直腸癌，這很可能便是有6個法官反對處以他極刑的主要原因（庭上法官總***為11個）。梅津美治郎於1948年12住進同愛醫院。1949年1月8日，梅津美治郎因患癌癥死於東京巢鴨監獄。
梅津雖然是陸軍士官學校畢業的高材生，長期身居軍隊要職，但留下來的文字材料卻很少。自己從不寫日記和筆記，不愛說話。綽號“石頭人”而且總是拒絕為別人揮筆題字。他壹生只為母校熊本陸軍地方幼年學校書寫了匾額。死時的遺書只有五個字“幽窗無歷日”。