同年10月18日，胡適離美回台，途經東京時，沒想到毛子水早已在此迎候。毛是受胡適在台的幾位學生如陳雪屏等人之托，特到東京來勸說胡適的。他們怕胡適回台時心情激動，會說出些不中聽的話，激怒了蔣介石，把關係搞壞，故才請他先到東京等候，同機返台，以便途中向胡適介紹情況，其中最重要一點是無論如何不要接見記者發表談話。他們是想讓事情冷一冷，等蔣介石的氣平息下來後大家再來進言，挽救雷震出獄，因為雷已於10月8日被台灣當局判徒刑10年關進監獄，此事在台灣引起極大反響。胡適與此案關係甚大，他的態度輿論界極為關注，所以才有毛子水東京之行。
10月22日，胡適與毛子水等人由東京飛抵台北。因為“雷案”發生後，胡適一直在國外，今日到來，正是新聞界爭相采訪的“焦點”。是晚台北的新聞記者早已圍候在鬆山機場，隻等胡適乘坐的飛機一到，便可進行工作了。不料這次有點反常，胡適下機後沒有舉行記者招待會，即由去迎接的羅家倫、陳雪屏、楊亮功、李濟、姚從吾、錢思亮、朱家驊等人陪同很快離開了機場。胡適目不斜視，對來自各方記者的提問充耳不聞，隻顧往前走。出大廳後胡適等人分別上汽車；他的秘書王誌維向大家表示歉意說：胡先生今天很累，不能和各位談話，對不起!但在話音未落，胡適剛上汽車之時，一位女記者靈機一動，很快也跟著鑽了進去。大家不便拉她下來，胡適更不會推她下去，車一走，她就成為當天唯一首先在車上獨家采訪的記者。後來才知道這位女記者是台北《公論報》的文教記者宣中文小姐。記者們為她感到慶幸，但想到自己兩手空空，回去交不了差，感到很遺憾!於是大家又不約而同地趕到南港中央研究院要求胡適接見。
經過多次的交涉，有關方麵人士終於同意讓胡適接見，但隻限於談一談這次到美國開會的情況。於是記者被邀進胡適的會客室；胡適也暫離去看他的朋友出來接見記者。起初隻是談到美國開會的情形，但記者不滿足，後來在記者從各個方麵“進攻”下，終於把問題又轉到“雷案”上來了。記者先問胡適對《自由中國》停刊有何看法?胡回答說：“一種雜誌為了爭取言論自由而停刊，也不失為光榮的下場。”又問：如果軍法複判局傳胡先生出庭，你願不願意去作雷震的“品格證人”?胡回答說：我願意出庭作證。並稱：“我和雷先生相識多年，我自信有資格作這個證人來證明雷震是個愛國反共的人。”最後記者問他，對雷震被判10年徒刑的感想。他認為10年的刑期未免太重。於是很激動地說道：“11年來，雷震辦《自由中國》已經成為自由中國言論自由的象征，現在不料換來的是10年坐牢，這”，胡適把桌子一拍：“是很不公平的!”說到這裏，也快12點了，記者們的目的已達到，於是向主人告辭，要回去寫文章了。臨別時，胡適態度和藹，再三叮囑說：“我今晚有點激動，說了些感情的話，你們要小心寫，不要砸了自己的飯碗!”
第二天有的報紙用《我願意出庭作證》為題報道胡適對此案件的態度。蔣介石看了十分生氣!因為在此之前數月，胡適曾經公開反對過他連任台灣第三屆“總統”。兩件事加在一起使他對胡適恨極了，但又不好把他怎麼樣。後來胡適要求覲見，蔣置之不理。最後是與張群說好，在不談“雷案”的情況下蔣介石才接見了胡適。
那天是11月18日，胡適去見蔣介石。先是胡適將出國開會的情況向蔣作了彙報，說完了，蔣沒有什麼話。氣氛好像與往常不太一樣。胡適自我解嘲地說，“我不知總統有什麼問題要問問我。”蔣說：“請你談談政治形勢罷。”胡問：“國內的、還是世界的?”蔣說，“整個世界的。”於是胡適把那年聯合國召開大會情形，及美國大選等問題談了一通。說完了，他忍不住對蔣說道：“我本來對嶽軍(張群)先生說過，我見總統不談雷案。但現在談到國際形勢，我不能不指出這三個月來的政府在這件事上的措施實在在國外發生了很不好的反響。”胡適講了一些國際上的反應後，說道：“我在國外，實在見不得人，實在抬不起頭來。”這時，蔣發言了，他說：“胡先生同我向來是感情很好的。但是這兩年來，胡先生好像隻相信雷儆寰，不相信我們政府。”胡適聽了感到很惶恐，忙向蔣表示：“這話太重了，我當不起。”接著他重申了1949年剛到美國時說過的那句話：“我願意用我道義力量來支持蔣介石先生的政府。”胡適很鄭重地向蔣表示說，“我在11年前說的這句話，我至今沒有改變。”經過胡適一番詳細地解釋，室內氣氛似乎緩和多了。胡適走時，蔣親自送至接待室門口。後來胡適不發表意見了。有記者來問?他說隻有一句話：“大失望，大失望!”後來雷震在監獄裏過65歲生日，胡適寫了南宋詩人楊萬裏的《桂源鋪》絕句，表示慰勉，詩雲：
萬山不許一溪奔，
攔得溪聲日夜喧，
到得前頭山腳盡，
堂堂溪水出前村。
楊萬裏的詩明白如話，胡適非常推崇。他曾用這首詩來描述過他家鄉——上莊村的景致。此時用來贈給為民主而坐牢的難友雷震，寓意就深了，說明民主力量雖暫時受到挫折，但發展前途是任何暴力阻擋不了的。這說明在蔣介石統治下，就連爭取資產階級民主都不允許，哪裏還談得到什麼自由?可見其封建專製之殘酷。胡適對此大感失望!
胡適經過“雷案”之刺激後，身心極為不快，於是引起心髒病複發，2月25日抬到台大醫院，打強心針，輸氧氣急救。第二天恢複過來，他躺在床上對秘書胡頌平笑著說：“昨夜可能要出大亂子，把你們嚇壞了嗎?驚動大家，我心裏不安。”胡頌平連忙勸他不要說話，並且告訴他，醫生說一個月內絕對不許談話、看報、行動。胡說：“我對心髒病是有經驗的，我自己會知道，你們不要怕。”就這樣住了兩個月，4月22日坐輪椅出院。當記者來訪問時，他告訴記者說，“這次病好後，希望在這撿來的生命中，再有10年時間做一點更實際的工作。”在這種思想指導下，5月18日作《跋乾隆甲戌脂硯齋重評石頭記印本》一文，約1．5萬字。這是胡適對《紅樓夢》考證的最後見解，他說，他隻想說三個問題：(一)甲戌本40年的版本研究上，有過劃時代的貢獻。(二)曹雪芹在乾隆甲戌年寫完的《石頭記》初稿本，隻有這16回。(三)介紹原藏書人劉銓福，並附帶介紹墨水加批的孫桐生。這書當時台灣影印出版，胡適買了100部送人。6月25日離開台大招待所，回南港中研院本宅療養。7月10日因看書到早晨4點，夜裏突患急性腸炎，昏厥兩分鍾，幸得搶救及時未發生事故。在這種情況下，他不得不把他的老伴召喚回台了。10月18日江冬秀由美返台，胡到機場迎接。有記者問江帶來什麼禮物?她回答說：“我11年前離開台灣到美國去是帶兩件東西，現在回來還是兩件東西：一件是這藍包袱，一件是舊的手提箱。”此後，胡適對來訪的人說：“太太來了之後，我的家確實溫暖了，不像過去那樣的孤寂了。”的確，自從江冬秀到台灣後，胡適屋裏氣氛顯然有所改變，老兩口有說有笑，倒也不怎麼寂寞了。有一天早晨，胡適吃了點心，梳了梳頭說，這次病後頭發白多了。江冬秀在一旁笑道：“你打扮打扮，年紀輕得多，也很漂亮了。”胡適也笑著回敬說：江冬秀小姐，我從來沒聽過你說我漂亮，從來沒有聽過你說我漂亮的話呀!”他們的對話，使在旁的秘書也笑了。
同年11月6日，美國國際開發總署主辦的“亞東區科學教育會議”在台北召開，胡適在病中，因推辭不過也應邀在開幕那天用英文作了主題演說，題目是《科學發展所需要的社會改革》。胡適說這個題目不是他出的，是主持會議者出的題。他認為這個題目的意思是問，在我們遠東各國，社會上需要什麼變化才能使科學生根發芽。而他的回答是，我們應當丟掉一個偏見，那就是以為西方的物質文明雖占了先，我們東方人還可憑我們優越的精神文明自傲。他說：“我認為東方這些老文明中沒有多少精神成分。一個文明容忍像婦女纏足那樣慘無人道的習慣到1000多年之久，而差不多沒有一聲抗議，還有什麼精神文明可說?一個文明容忍‘種姓製度’到好幾千年之久，還有多大精神成分可說?一個文明把人生看作苦痛而不值得過的，把貧窮和行乞看作美德，把疾病看作天禍，又有什麼精神價值可說?”所以他主張向西方學習，“充分世界化”，並稱：他主張把科學和技術的近代文明看作高度理想主義的精神文明，因為這種文明可以充分運用人的智慧來尋求真理，控製自然，來變化物質以供人用。最後他強調說：我以為我們東方的人，站在科學技術的新文明的門口，最好有一點這樣智識上的準備，才可以適當的接受、賞識這個文明。他所說的這些話，都是他35年前的老話，雖然老話重提，但由於他的偏激，卻遭到許多聽眾的批駁和抗議，並由此引出一場爭論。那時反胡派以徐複觀為例，他指責胡適“是一個作自瀆行為的最下賤的中國人”。而擁胡派如李敖者卻稱胡適“是我們思想界的偉大領袖”。雙方都互不相讓，爭論十分劇烈。當時有人分了一下，捧胡和罵胡的人，共有六派：在捧胡的人中又可為三派，一是以毛子水為代表的文章派。二是以勞幹為代表的詩歌派。三是以某校長夫人為代表的行動派。在罵胡的人中也有三派，一是以徐複觀為代表的叫罵派。二是以《胡適與國運》作者為代表的栽贓派。三是以葉青、鄭學稼為代表的翻案派。這場關於中西文化的論戰在港台輿論界持續了相當長時間。胡適嘴上雖說不生氣，心裏卻是憤憤不平的。他對楊樹人說：“我不懂，我胡適住在台北與他們有什麼壞處!”
從此之後，胡適的病情又有所發展，醫生嚴禁他再作演講。26日住院治療。不幾天，有記者為台灣清華大學原子反應器建成來向他采訪，被秘書擋駕了。胡適得知後，他說：這件幾百年沒有的大事，我應該說幾句話，於是他想了一想，說：“清華原子科學研究所的建設與原子反應器正式落成，是我老朋友梅貽琦先生晚年對清華大學最大的貢獻。……我要借此機會，公開的對我的老朋友梅貽琦先生表示我很誠懇的敬意。”秘書記下後，又把記者請回來取去。這中間，胡又補充說：“梅先生病在醫院裏，本來我要代替他主持這項典禮的，不料現在我們兩個人都不能到會場了。”說罷表示非常遺憾!這次住院兩個多月，他在病床上度過71歲生日。當日到醫院簽名祝賀的親朋好友及各界人士，有蔣夢麟、樊際昌、徐芳、毛子水、俞國華、錢思亮、蔣彥士、許世英等近300人，還有送花籃的、送詩歌的，可算熱鬧一時。但沒料到這是胡適最後一次過生日了。次年1月10日出院。
1962年2月24日上午胡適在南港中央研究院蔡元培館主持第五次院士會。王大中、吳大猷、吳健雄、袁家騮等院士由國外趕來參加，會上選舉了7位院士：任之恭、梅貽琦、程毓淮、柏實義、李景均、陳槃、何廉。其中有5位是住在國外，台灣的隻有兩人；而今天出席會議的隻有陳槃，梅貽琦因病未到。是日下午舉行酒會，共100餘人出席，氣氛十分活躍。胡適也顯得特別高興，親自招待客人們飲酒吃茶點。幾位女記者與他開玩笑說，要和他這位四大美男子之一拍個照，比比美?他哈哈大笑，連忙否認說：“沒有這個話，沒有這個話。”客人到齊後，胡適首先致詞說，這次院士會議是出席人數最多的一次。海外四位院士回來參加更令人高興。接著他講了一個故事：他說，我是一個對物理學一竅不通的人，但我卻有兩個學生是物理學家，一個是北京大學的物理係主任饒毓泰，一個是曾與李政道、楊振寧合作驗證“對等律之不可靠”的吳健雄女士，而吳大猷卻是饒毓泰的學生，楊振寧、李政道又是吳大猷的學生。排行起來，饒毓泰、吳健雄是第二代，吳大猷是第三代，楊振寧、李政道是第四代了。又說：“中午聚餐時，吳健雄還對吳大猷說，我高一輩，你該叫我師叔呢!這件事，我認為生平最得意，也是最值得自豪的。”講到這裏，他才意識到自己還在病後休養中，不宜多說話，於是聲明說：今天很高興多說了幾句話，因為太太沒有來。現在要將這個會“交給”李濟先生等幾位國內、外的院士們。於是李濟接著發言，大意是科學不能在台灣生根，他對此感到憂慮，接著吳大猷代表海外來的發言。他的發言回答了李濟提的問題，他說，不能生根的原因主要是缺乏適宜的環境。胡適表示讚成吳的發言，接著便發起了牢騷，他說：“我去年說了25分鍾的話(指在‘亞東區科學教育會議’的講演)，引起了‘圍剿’，不要去管它，那是小事體，小事體。我挨了40年的罵，從來不生氣，並且歡迎之至。”講這些話時，胡適顯得非常激動。又說了幾句，聲音很大，突然把話煞住說，“好了，好了，今天我就說到這裏，大家再喝點酒，再吃點點心吧，謝謝大家。”這時正是6點30分，人們開始散了。胡適站起來送客，一轉身，忽然麵色蒼白，晃了一晃仰身向後倒，腦袋碰在桌邊，再摔到磨石地上。經緊急搶救無效，心髒停止跳動後將其體抬上床時。可能是移動了身子的關係，隻聽得胡適歎了一口氣，就這樣與世長辭了。這時在場的學人們，無不為之痛心落淚，其中吳健雄博士更顯得傷心!她這一次返台，主要目的是來看望胡老師的，萬沒想到竟成了永別前之最後一麵，實為憾事!
胡適死後，台灣國民黨當局給予隆重的葬禮：成立了以陳誠為首的治喪委員會，蔣介石親往吊唁，並寫挽聯一副稱讚胡適為“新文化中舊道德的楷模；舊倫理中新思想的師表”。又下令褒揚，略謂：“綜其平生，忠於謀國，孝以事親，恕以待人，嚴以律己，誠以治學，愷悌勞謙，貞堅不拔，洵為新文化中舊道德之楷模，舊倫理中新思想之師表”雲雲。3月2日出殯時以國民黨旗蓋棺；在哀樂聲中數以萬計的送葬人，由台北極樂殯儀館出發送葬到南港中央研究院，沿途還有許多住戶和商店，擺出香案路祭。在台灣這可謂極一時之盛。
同年10月15日，胡適被安葬於南港舊莊墓園。墓前，花崗石的墓碑上，刻著於右任寫的“中央研究院院長胡適先生墓”。碑文為毛子水所擬，略謂：“這是胡適先生的墓。這個為學術和文化的進步，為思想和言論的自由，為民族的尊榮，為人類的幸福而苦心焦慮，敝精勞神以致身死的人，現在在這裏安息了!”
綜觀胡適一生：他是我國近現代史上資產階級在學術方麵的權威人物。其著作極富，桃李遍天下，對我國的新文化運動和教育事業作出過巨大貢獻；在哲學、文學、考證學等領域都有開創的功績，稱得起是一代宗匠。但在政治上由於脫離實際，頑固堅持其資產階級的自由主義立場，結果由反極權而走上反共的道路，因此違背潮流被時代所拋棄。這是他一生悲劇之所在。