1927年春，蒋介石加紧反共步伐，阴谋发动反革命政变。4月6日，孙炳文在黄埔军校的演讲中予以坚决揭露。4月16日，孙炳文在取道上海前往武汉工作时，因叛徒告密而被逮捕。敌人对孙炳文诱以高官厚禄，遭到他的痛斥和严正拒绝。4月20日，孙炳文在上海龙华被敌人杀害，时年仅42岁。

孙炳文遇难后，朱德闻讯十分悲痛。1945年中共七大召开期间，朱德亲自撰文纪念孙炳文，称赞他是“革命意志坚强”的“无产阶级的战士”。

“对敌人是嫉恶如仇，有灭此朝食之概；对同志是爱护备至，情同手足之感。”坚定的革命意志与高尚的品格，让孙炳文烈士为后人铭记。家乡南溪区的红色旅游规划中，孙炳文纪念馆正在新建，预计2020年竣工，届时将会和朱德旧居陈列馆、朱德纪念馆等一起供市民、游客瞻仰。