1898年6月，譚嗣同被薦舉入朝，受到光緒皇帝的召見，被破格提拔為四品軍機章京（相當于軍機大臣的助理），與楊名、林旭、劉光第共同參議新政，當時此4人號稱為「軍機四卿」。他們被光緒皇帝作為與康有為聯繫的中介者。一腔熱血的譚嗣同缺乏對維新運動現實性的認識，天真地幻想依靠皇帝下幾道詔令來改變國家的面貌。可是，他上任還不到十天，頑固派鎮壓維新派的陰謀就顯露了。7月29日光緒皇帝召見楊銳，在贈賜衣服中夾帶密詔說：「我的皇位很危險，命康有為與四卿及同志迅速設法救助。」
譚嗣同、康有為無計可施，奉詔痛哭。當時，維新派想改變手中無兵權的局勢，便想爭取新軍將領袁世凱。於是，光緒皇帝兩次接見袁世凱，並提升他為侍郎。譚嗣同按他的「仁學」即「愛的哲學」去推想：「袁世凱剛剛受恩於皇上，愛戴皇上之心必定會有吧！」不想他被袁世凱出賣，被捕入獄。在獄中，他在牆上題了這樣一首詩：望門投止思張儉，忍心須臾待杜根。我自橫刀向天笑，去留肝膽兩崑崙。
張儉、杜根都是漢朝人，因反對太后而遭受不幸。譚嗣同把自己比作他們，面對死亡，還是橫刀向天大笑，只希望自己的同志像昆崙山那樣屹立。
13日，譚嗣同等「六君子」被殺於北京菜市口。臨刑時，監斬官令譚嗣同向北謝恩，譚嗣同睜目叱責：「有什麼恩值得謝！」並高聲吟道：「有心殺賊，無力回天，死得其所，快哉快哉！」慷慨就義，當時他才34歲。
他視死如歸的精神值得後人敬佩。可惜的是他自己提倡殖民地的「愛的哲學」（「仁學」），沒能感動袁世凱和慈禧，卻用自己的流血犧牲否定了自己「愛的哲學」。