广州起义引起帝国主义和国民党反动当局的极度恐慌，他们联合起来镇压起义。由于敌我力量悬殊，虽经起义军民浴血奋战，但是到１２日下午，起义武装已经难以与敌军抗衡，敌军攻占了起义军的重要阵地，并分兵直扑起义总指挥部。张太雷闻讯，立即乘车赶赴前线指挥战斗。车行至广州市大北直街（现解放北路）附近，遭到敌人伏击，他身中三弹倒在插着红旗的敞篷汽车里，壮烈牺牲。临终，他向战友们嘱托，要和敌人战斗到底，完成党交给的任务！１３日，敌军重占广州，广州起义失败。

张太雷为中国革命献出了２９岁的年轻生命，用自己的热血和青春实践了他年少时立下的“愿化作震碎旧世界惊雷”的誓言。他卓越的才华、无畏的精神、卓著的功勋，永远值得人们怀念。在他的母校——天津大学，立有张太雷烈士铜像。在他的家乡江苏常州市，建有张太雷纪念馆，是全国爱国主义教育示范基地、全国重点文物保护单位，也是人们缅怀、纪念、宣传、研究张太雷业绩与精神的重要场所。